Содержание

Передача данных в сети Интернет – Blog Imena.UA

Интернет (англ. Internet) – это глобальная (всемирная) сеть, множество независимых компьютерных сетей, соединенных между собой для обмена информацией по стандартным открытым протоколам передачи данных. Она используется для электронной связи и обмена информацией.

Передача данных в сети Интернет происходит посредством коммуникационных протоколов TCP / IP UDP / IP, определяют правила, по которым происходит общение между компьютерами разных типов.

Все услуги сети Интернет можно условно разделить на две категории: обмен информацией между абонентами сети и использование баз данных сети. Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер. Соответственно, программное обеспечение сети также можно поделить на клиентское и серверное. При этом программное обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, a клиентское программное обеспечение отвечает за передачу запросов серверу и получение ответов от него.

Интернет-портал (от англ. Portal «главный вход; ворота») (или портал, информационный портал) – сайт, предоставляющий пользователю Интернета различные интерактивные сервисы (Интернет-сервисы), работающих в рамках единого сайта.
Также порталы функционируют как точки доступа к информации в Интернете или сайты, которые помогают пользователям в поиске нужной информации через Интернет. Такие порталы представляют информацию из разных источников или тем объединенным способом и также называют навигационными сайтами.
Все порталы выполняют функции поиска, а также, предоставляют Интернет-сервисы, например: электронная почта, лента новостей и т.д.
Идея работы портала – создание или представления критической (крупнейшей) массы Интернет-сервисов, которыми бы можно было привлечь к себе такое количество пользователей-посетителей, которая будет постоянно пополняться и увеличиваться.

История

Интенсивному развитию порталов способствует ряд программных продуктов (портальные решения), позволяющие объединить в единое пространство информацию из разных источников. Такие решения связаны, в частности, с:
– технологией единого входа (Single Sign On), когда пользователь переходит из одного раздела портала в другой без повторной авторизации;
– организацией передачи данных между разными приложениями, задействованными пользователем в ходе работы на портале;
и т.д.

Сайт, Веб-сайт (англ. Site, Web-site) – совокупность веб-страниц, доступных в сети Интернет, которые объединены как по содержанию, так и навигационно. Физически сайт может размещаться как на одном, так и на нескольких серверах.
Сайтом также называют узел сети Интернет, компьютер, за которым закреплена уникальный IP-адрес, и вообще любой объект в Интернет, за которым закреплена адрес, который идентифицирует в сети (FTP-site, WWW-site т.п.). Набор связанных между собой информационных онлайновых ресурсов, предназначенных для просмотра через компьютерную сеть с помощью специальных программ – браузеров. Веб-узел может быть набором документов в электронном виде, онлайновой службой.

Динамическая веб-страница (англ. dynamic Web page) – веб-страница, содержание которой может изменяться.
В первоначальном варианте гипертекстовая навигация происходила между «статическим» документами. Однако со временем к веб-страниц были добавлены интерактивности, и такие страницы стали называть динамическими. Наполнение (контент) такой веб-страницы может заменяться в зависимости от определенных условий и / или действий.

Существует два пути для создания динамических страниц:
– Использование скриптов, выполняющихся в браузере пользователя (англ. client-side scripting) для изменения содержимого страницы в зависимости от определенных действий пользователя. Для изменения не требуется полного перезагрузки страницы;

– Использование программ, выполняемых на сервере (англ. server-side scripting) для изменения наполнения страницы, передается браузеру пользователя. Информация может изменяться в зависимости от данных, отправленных в HTML форме, параметров в URL, типа браузера, даты или времени суток и других условий.
Результат использования любой техники может быть описано как динамическую веб-страницу.
Страницы, построенные по первому варианту обычно используют скриптовые языки используемые для Dynamic HTML (DHTML) – JavaScript или ActionScript. Для добавления видео, звуков и графических эффектов может быть использовано технологию Flash.
Начиная с 2005 года начала приобретать популярность технология AJAX, позволяющая доставлять информацию с сервера без перезагрузки страницы.
Страницы, построенные по второму варианту могут использовать такие скриптовые языки как PHP, Perl, ASP, JSP и другие.

Поисковая система – онлайн-служба, которая предоставляет возможность поиска информации на сайтах в интернете, а также (возможно) в группах обсуждения и ftp-серверах.
Индексация в поисковых системах сайтов осуществляется поисковым роботом.
Основными критериями качества работы поисковой системы являются релевантность, полнота базы, учет морфологии языка.

Электронная почта

Электронная почта (англ. e-mail, или email, сокращение от electronic mail) – популярный сервис в интернете, что делает возможным обмен данными любого содержания (текстовые документы, аудио-видео файлы, архивы, программы).

Назначение и функции E-mail

Электронной почтой можно посылать не только текстовые сообщения, но и документы, графику, аудио-, видеофайлы, программы и т.д. Электронная почта очень полезна, если нет полноценного доступа (on-line) в Интернет. Через электронную почту можно получить услуги других сервисов сети.
Электронная почта – типичный сервис отложенного чтения (off-line). После отправки сообщения, как правило, в виде обычного текста, адресат получает его на свой компьютер через некоторый период времени, и знакомится с ним, когда ему будет удобно.
Электронная почта похожа на обычную почту, имея те же преимущества и недостатки. Обычное письмо состоит из конверта, на котором указан адрес получателя и стоят штампы почтовых отделений пути следования, и содержимого – собственно письма. Электронное письмо состоит из заголовков, содержащих служебную информацию (об авторе письма, получателя, пути следования письма), которые служат, условно говоря, конвертом, и собственно содержание самого письма. По аналогии с обычным письмом, соответствующим методом можно внести в письмо информацию какого-либо иного рода, например, фотографию и т.п. Как и обычном письме можно поставить свою подпись. Обычное письмо может не дойти до адресата или прийти с опозданием, – аналогично и электронное письмо. Обычное письмо довольно дешевый, а электронная почта – самый дешевый вид связи.
Итак, электронная почта повторяет достоинства (простоту, дешевизну, возможность пересылки нетекстовой информации, возможность подписать и зашифровать письмо) и недостатки (негарантированный время пересылки, возможность доступа для третьих лиц во время пересылки, неинтерактивность) обычной почты. Однако у них есть и существенные отличия. Стоимость пересылки обычной почты в значительной степени зависит от того, куда она должна быть доставлена, ее размера и типа. В электронной почты такой зависимости или нет, или она достаточно ощутимо. Электронное письмо можно шифровать и подписывать более надежнее и удобнее, чем письмо на бумаге – для последнего, собственно, вообще не существует общепринятых средств шифровки. Скорость доставки электронных писем гораздо выше, чем бумажных, и минимальное время прохождения несравнимо меньше.
Электронная почта – универсальный сервис: множество сетей во всем мире, построенных на совершенно разных принципах и протоколах, могут обмениваться электронными письмами с Internet, получая тем самым доступ к другим его ресурсов. Практически все сервисы Internet, которые используются как сервисы прямого доступа (on-line), имеют интерфейс к электронной почте. Так что пользователь, не имея доступа к информации, хранящейся в Internet в режиме on-line, может получать большую ее часть с помощью дешевой электронной почты.
Скорость доставки сообщений электронной почты зависит от того, каким образом она передается. Путь электронного письма между двумя машинами, непосредственно подключенными к Internet, занимает секунды, и при этом вероятность потери письма или его замены минимальна. С другой стороны, если пользователь использует для передачи данных технологии PTN (последовательной передачи файлов многими компьютерами по цепочке) и пересылаете письмо в какую-то экзотическую сеть, то письмо, во-первых, будет долго идти – дни или даже недели, во-вторых , будет больший шанс потеряться при обрыве связи во время передачи по цепочке, в-третьих, его могут подменить где-то на пути следования.

Функционирование электронной почты построена по принципу клиент-сервер, стандартном для большинства сетевых сервисов. Чтобы обмениваться корреспонденцией с почтовым сервером, нужно иметь специальную программу-клиент. Существует много различных программ-клиентов электронной почты, которые могут отличаться отдельными функциями, возможностями и интерфейсом, в том числе и такие, которые работают на сервере в режиме on-line). Однако общие функции в большинстве пакетов одинаковы. К ним можно отнести:
– подготовка текста;
– импорт файлов-приложений;
– отправка письма;
– просмотр и сохранение корреспонденции;
– уничтожения корреспонденции;
– подготовка ответа;
– комментирование и пересылка информации;
– экспорт файлов-приложений.

Витая пара или оптоволокно: как выбрать


В современных сетях для прямой передачи интернет-сигнала может использоваться витая пара или оптоволокно. Эти два типа кабелей отличаются друг от друга принципом передачи данных, техническими характеристиками и ценой. И прежде чем покупать кабель, ознакомьтесь с достоинствами и недостатками каждого варианта.

Витая пара.


Витая пара – это два изолированных проводника, скрученных между собой с определенным шагом плетения. Такая конструкция позволяет защитить сигнал от внешних электромагнитных помех. Сам же сигнал передается в виде электрических импульсов с изменяющимся во времени вольтажом. В каждом кабеле может быть несколько таких пар. Обычно число пар кратно двум: одна работает на прием сигнала, другая на передачу.


Часто в кабелях могут быть использованы дополнительные слои для физической и электромагнитной защиты:

  • Экраны из фольгированного алюминия.
  • Металлическая оплетка.
  • Внешняя оболочка.


В качестве проводника для передачи цифровых данных используется медная проволока толщиной 400 – 600 мкм, покрытая полипропиленовым негорючим изолятором.

Оптоволоконные кабеля.


Оптическое волокно по принципу действия кардинально отличается от классической витой пары. Данные по нему передаются при помощи коротких световых импульсов – мод, которые испускает лазер, и считывает специальный приемник.


В качестве проводника используется сердцевина, именуемая ядром, которая производится из светопроницаемого гибкого материала:

  • кварцевого стекла;
  • халькогенидного стекла;
  • акриловой смолы.


Сердцевина имеет диаметр от 7 до 62,5 мкм и окружена двухслойной оболочкой, состоящей из внутреннего оптически-непроницаемого демпфера и внешнего защитного слоя.


Оптические волокна могут пропускать только один световой сигнал (одномодовые или SM), или сразу несколько (многомодовые или MM). Вторые предназначены для относительно коротких расстояний.


Внешний слой изоляции может объединять пучок из нескольких светопроводящих волокон с центральным силовым элементом. Такая конфигурация носит название волоконно-оптический кабель. Сеть, организованная при помощи таких кабелей, называется ВОЛС или волоконно-оптической линией связи.

Что выбрать для организации сети?


Сделать правильный выбор можно только опираясь на технические характеристики каждого из проводников. Основополагающих всего пять:

1. Скорость передачи сигнала.


В оптоволоконном кабеле за передачу сигнала отвечают световые импульсы, распространяющиеся со скоростью, равной 60 % от скорости света. В то время как в медном проводе сигнал передается при помощи электрического импульса, скорость которого более чем в 100 раз уступает скорости фотонов.


В привычных единицах измерения показатели скорости выглядят так:

  • Витая пара – в зависимости от категории кабеля до 10 Гбит/с.
  • Оптоволокно – от 1 до 100 Тбит/с у кабелей различных категорий.

2. Расстояние.


При передаче сигнала на большие расстояния витая пара также значительно уступает оптоволокну. Это объясняется физическими процессами затухания амплитуды электрического импульса в медном проводе. Поэтому максимальная длина кабеля из витых пар без разрыва составляет 100 –120 метров со скоростью 1 Гбит/с. Оптоволокно в этом плане может продемонстрировать до 19 км при скорости 1 Тбит/с без повторителей с сохранением качества сигнала .

3. Восприимчивость к внешним помехам.


Благодаря фотонному механизму передачи информации, оптоволоконные линии не подвержены влиянию электромагнитных полей. А значит расположенные в той-же магистрали силовые линии не повлияют на качество сигнала. Это значительно упрощает монтажные работы. Также сигнал не пострадает и при природных колебаниях электромагнитных полей во время грозы.


В отличие от оптоволокна, медные кабели чрезвычайно восприимчивы к электромагнитным помехам, поэтому для прокладки сетей рекомендуется использовать дорогостоящие категории кабелей с максимумом защиты от помех. Вторым способом является размещение сетевой магистрали вдали от других коммуникаций и источников электромагнитного излучения.

4. Особенности прокладки кабеля.


По этому критерию первенство принадлежит медной витой паре. В квартирах и офисах проще обеспечить укладку медного LAN-кабеля в кабельные короба или даже каналы в плинтусе. При этом провод можно свободно выгнуть на угол 90° и больше, необходимо лишь сохранить радиус изгиба не менее 2,5 см. С такой работой справится любой пользователь, как и с заменой патч-корда . Главное условие – наличие разъемов формата RJ-45, который зачастую и присутствует на пользовательском оборудовании.


А вот для оптоволоконных линий минимальный допустимый радиус изгиба составляет 7,5 см, при этом противопоказано давление на сам кабель. Это может привести к повреждению тонкого и хрупкого сердечника и соответственно выходу кабеля из строя. К тому же при прокладке сети требуется спецоборудование и профессиональная подготовка мастера. Для подключения оптоволоконных кабелей к пользовательскому оборудованию могут понадобиться специальные сетевые адаптеры.

5. Цена.


Еще несколько лет назад себестоимость оптоволоконного кабеля в 10 раз превышала цену на медный аналог. Но на сегодняшний день стоимость оптики и меди, как носителей уже сравнялась. При этом уже нет финансовой разницы и межды SM и MM оптоволоконными кабелями.


Если говорить о жизненном цикле, то у оптоволокна он составляет 30 – 50 лет. Витые пары также есть со сроком эксплуатации до 25 лет. Поэтому с экономической точки зрения разница между этими вариантами не может быть обоснована.


Однако ситуацию усугубляют высокие цены на оптоволоконное сетевое оборудование, например, те же трансиверы .


Исходя из всего вышесказанного, сделаем выводы:


Оптическое волокно незаменимо для передачи сигнала с высокими скоростями и на большие расстояния. Но их использование в квартирах и небольших офисах связано с лишними тратами и зачастую нерационально.


А вот медная витая пара – идеальный вариант для организации домашней сети, благодаря своей гибкости, простоте монтажа и умеренной стоимости. Однако для передачи на большие расстояния высокоскоростного сигнала она непригодна.


Посмотрите короткое видео от ведущего производителя оптического волокна мирового класса компании OFS, которая приглашает совершить экскурсию по их производственным объектам.

Серверный морской путь: когда скоростной интернет придет на Крайний Север

Информация — ценнейший товар, спрос на который, равно как и на средства ее доставки, растет в разы быстрее мировой экономики. Практически весь массив глобальных цифровых данных проходит по подводным кабелям, связывающим континенты. Неохваченным остается лишь один регион — Арктика. Но эта диспропорция продлится недолго.

Связь с будущим

По данным американской компании Cisco, если в 2017 году мировой интернет-трафик составил 1,5 млрд терабайт (Тб), к 2022 году он достигнет 4,8 Тб, то есть вырастет втрое за пять лет. Среднегодовые темпы роста превысят 26%. Опережающими темпами будет расти потребность в скоростном интернете новых устройств, составляющих Индустрию 4.0: например, трафик на приборы виртуальной и дополненной реальности (VR/AR) вырастет за тот же период, по прогнозам Cisco, в 12 раз.

Индустрия 4.0 подразумевает массовое внедрение на производстве и в быту продвинутых цифровых технологий: интернета вещей, big data, распределенных реестров, роботов и тех же VR/AR-устройств. Для обеспечения их работы необходим быстрый и надежный интернет с высокой пропускной способностью.

Большинство новых технологий, очевидно, будут беспроводными. Действительно, по прогнозам Cisco, интернет-трафик на мобильные и беспроводные устройства за указанные пять лет вырастет с 52 до 71%. Планируя покрыть интернетом весь земной шар, ИТ-гиганты разрабатывают проекты беспроводной спутниковой связи. Например, компания Илона Маска Starlink планирует к середине 2020-х годов запустить в космос 12 тыс. спутников.

Цифровая нефть

Но пока это все планы, а потребность в интернете нужно удовлетворять уже сейчас. Фактически интернет становится «цифровой нефтью» — одним из наиболее востребованных ресурсов XXI века. При этом основным потребителем интернета являются все же обычные граждане, тогда как на бизнес и правительственные организации приходится, по данным Cisco, лишь 15–20% трафика, и в ближайшие годы эта цифра не изменится. Но именно от быстрого и качественного интернета на производстве зависит внедрение новых технологий, рост показателей бизнеса и, как следствие, всей экономики. Остается пустяк — донести цифровой сигнал до каждого дома и завода, до каждого мобильного устройства.

Сейчас практически любой интернет доступен пользователям через оптоволоконный кабель. Даже Wi-Fi-роутер у вас дома и смартфон на улице получают интернет от провайдера, который подключен к дата-центрам, которые, в свою очередь, встроены в мировую систему интернет-хабов. Информация между хабами передается как раз через паутину кабелей, охватывающих весь мир. По данным Всемирного экономического форума, на подводные оптоволоконные кабели приходится сейчас 99% мирового интернет-трафика.

Несмотря на массу проектов по запуску спутниковых группировок, Индустрии 4.0 требуется мощный и надежный интернет, который могут предоставить высокопроизводительные кабели. Эксперты регулярно повышают прогнозы по спросу на эти средства связи. Два года назад аналитики Research and Markets полагали, что среднегодовые темпы роста мирового рынка оптоволоконных кабелей составят в 2017–2021 годах 9,8%. Их же прогноз нынешнего года (на период 2019–2024 годов) дает уже другую цифру — 12,3% ежегодного роста.

Быстрее, чем FASTER

Специализированный сайт Submarine Cable Map подсчитал: всего по дну мирового океана проложено около 300 кабелей связи общей длиной более 1 млн км. Повышение пропускной способности системы обеспечивается не только прокладкой новых кабелей, но и апгрейдом уже существующих. Например, это технология спектрального уплотнения, которая позволяет передавать одновременно сразу несколько каналов информации по одному оптическому волокну. Благодаря этому с 2003 по 2014 год производительность трансатлантических кабелей выросла в 2,4 раза, хотя за это время в Атлантике не был проложен ни один новый кабель.

Также благодаря технологическому развитию кратно растет производительность новых оптоволоконных кабелей. В июне 2016 года между США, Японией и Тайванем был запущен самый мощный на тот момент кабель FASTER пропускной способностью 60 Тбит/с. Полтора года спустя, зимой 2018 года, с первого места его потеснил трансатлантический кабель MAREA, проложенный компаниями Microsoft, Facebook и Telxius из США в Европу. Пропускная способность MAREA достигает уже 160 Тбит/с.

Оптоволоконными кабелями покрыто дно всех океанов и крупных морей, даже в озере Онтарио летом 2019 года заработал американо-канадский канал связи Crosslake Fiber. Единственный регион, пока почти не затронутый широкополосными сетями, — Северный ледовитый океан. Там есть лишь один кабель, проложенный 15 лет назад из Норвегии на Шпицберген.

В то же время именно Арктика является кратчайшим водным маршрутом из Европы в Азию и далее в Северную Америку — а это три главных телекоммуникационных хаба в мире. Сто лет назад освоение Северного морского пути почти в два раза сократило расстояние для перевозки грузов между Северной Европой и Дальним Востоком. Сейчас информация, цифровые данные — тот же товар, и чем быстрее и удобнее он перемещается, тем ниже издержки и выше прибыль.

Северное слияние интересов

По прогнозам Cisco, спрос на интернет-трафик в Азиатско-Тихоокеанском регионе (АТР) будет расти на 32% ежегодно, уступая лишь спросу в Африке и на Ближнем Востоке (41%). Правда, лидерство этого региона по темпам роста обеспечено эффектом низкой базы: АТР аккумулирует в себе треть интернет-трафика, занимая первое место в мире, тогда как на Ближний Восток и Африку приходится менее 4%.

Проект трансарктического оптоволоконного кабеля с рабочим названием Arctic Connect представили в июне 2019 года российский «МегаФон» и финская компания Cinia. Кабель общей длиной 13,8 тыс. км протянется от Северной Европы до Японии, основная часть маршрута пройдет вдоль берега России, как раз под трассой Севморпути. Ориентировочная пропускная способность кабеля составит 200 Тбит/с, так что к моменту сдачи объекта в 2022–2023 годах он станет одним из самых мощных в мире. По словам гендиректора «МегаФона» Геворка Вермишяна, инвестиции в проект составят $0,8–1,2 млрд. Финансирование возьмут на себя «МегаФон», Cinia и Международный инвестиционный банк (МИБ).

В пресс-службе «МегаФона» подчеркивают, что новый кабель станет не просто короткой и удобной альтернативой евро-азиатскому маршруту (через Средиземное море и Индийский океан), он также приведет качественную связь в труднодоступные регионы Крайнего Севера. Это тот случай, когда предложение идет за спросом: именно в тех местах российские горнодобывающие и нефтегазовые концерны развивают свои проекты. Доступ к скоростному интернету откроет перед ними возможность в полной мере применять инструменты Индустрии 4.0, и в первую очередь — обработку больших массивов информации.

Интернет в космосе: от МКС до Марса

Интернет есть уже практически во всех уголках Земли — и не только на ее поверхности. Доступом в Сеть на борту самолета никого не удивишь, пользуются Интернетом и космонавты на борту МКС. Космические агентства уже готовятся двигаться дальше и подключить к мировой паутине другие планеты Солнечной системы. Интернет в космосе нужен не только и не столько для работы: он помогает людям, находящимся вдали от родной планеты, поддерживать связь с домом. Рассказываем, как он работает сейчас и как будет работать в перспективе.

WWW на МКС

Экипаж Международной космической станции впервые смог выйти в Интернет в 2010 году. Доступ к мировой паутине обеспечило НАСА. Чтобы им воспользоваться, астронавты по спутниковой связи подключаются к компьютеру в Хьюстоне как к удаленному рабочему столу и уже с него выходят в Сеть. Так безопаснее: даже если кто-то из команды МКС нечаянно откроет вредоносную ссылку или файл, злоумышленники смогут добраться только до компьютера на Земле.

В честь появления Интернета на МКС астронавт НАСА Тимоти Кример (Timothy Creamer) опубликовал первый в истории твит из космоса:

Hello Twitterverse! We r now LIVE tweeting from the International Space Station — the 1st live tweet from Space! 🙂 More soon, send your ?s

— TJ Creamer (@Astro_TJ) January 22, 2010

Российский космоинтернет

Россия тоже планирует в обозримое время подключить к Интернету свой сегмент МКС. Для этого будут использовать систему спутников-ретрансляторов «Луч», которая пока находится на модернизации.

В прошлом году космонавты Александр Мисуркин и Антон Шкаплеров усовершенствовали антенну на станции, чтобы она могла принимать большие объемы данных со спутника, и заодно установили российский рекорд по времени работы в открытом космосе — 8 часов 12 минут.

По словам исполнительного директора «Роскосмоса» по пилотируемым космическим программам Сергея Крикалева, новое оборудование уже протестировано, так что связь с МКС через спутники «Луч» вот-вот должна заработать.

Спутниковые загвоздки

Конечно, Интернет на МКС далеко не такой быстрый и бесперебойный, как у вас дома. У спутниковой связи, в отличие от проводной, есть как свои плюсы — например, то, что она работает там, куда не получится дотянуть провода, — так и свои сложности.

Высокий пинг и низкая скорость

Хотя станция находится на высоте около 400 км от Земли, путь, который проделывают данные, гораздо длиннее. Сначала сигнал с МКС отправляется вверх — на спутник-ретранслятор, расположенный на высоте около 35,7 тысячи километров. И только оттуда он передается вниз, на наземную станцию космической связи.

Итого, общий пробег отправленной с МКС информации и ответа на нее составляет без малого 150 тысяч километров. Это путешествие требует времени. По словам одного из сотрудников НАСА, данные с МКС передаются с задержкой примерно в полсекунды, что где-то в 20 раз больше среднего показателя для кабельного Интернета.

Кроме того, спутниковый канал связи астронавты используют не только для выхода в Интернет. Они отправляют в центр управления полетами массивы научных данных и видео с камер (его их коллеги на Земле затем транслируют в Сеть, чтобы пользователи могли наблюдать за жизнью станции и видами с нее). Через тот же спутниковый канал астронавты общаются с Землей по аудио- и видеосвязи.

В результате для твитов и запросов к сайтам используется лишь малая доля пропускной способности этого канала. При этом если на Землю спутник может передавать до 300 Мбит данных в секунду, то с Земли на спутник скорость не превышает 25 Мбит/с. В общем, соединение на МКС сравнимо по скорости с древними модемами.

А еще станция время от времени выходит из «зоны видимости» спутников. Из тех полутора часов, за которые МКС облетает Землю, она может до 15 минут оставаться без связи вообще.

Ограниченный запас топлива

С Землей спутники поддерживают постоянный контакт: они вращаются с той же скоростью, что и сама наша планета, и все время находятся над одной и той же точкой. Правда, положение спутника на орбите время от времени приходится корректировать, иначе он рискует с нее сойти и пропасть со связи. Для маневров ему необходимо топливо. Однако спутник — не машина и даже не самолет, на Землю для дозаправки его не вернешь.

Чтобы решить эту проблему, компании в разных странах ищут способы заправлять аппараты прямо в космосе. Системы для поставки топлива на спутники тестируют в американском сегменте МКС, в канадской компании MDA Corporation и британско-израильской компании Effective Space Solutions. А Европейское космическое агентство (ЕКА) разработало двигатель, способный использовать вместо топлива молекулы воздуха из верхних слоев атмосферы Земли.

Нехватка электроэнергии

Частично проблему с топливом можно решить за счет электричества: оно позволяет снизить расход топлива, при этом запас энергии возобновляется при помощи солнечных панелей. Электричество нужно и для связи с Землей и другими космическими аппаратами. Между тем часть времени спутники от Солнца заслоняет наша планета и они работают исключительно от аккумуляторов, емкость которых ограниченна.

Российские ученые предлагают запустить на орбиту несколько десятков роботов, способных заряжать спутники, которым не хватает энергии. Эти роботы смогут преобразовывать в энергию не только солнечное излучение, но и радиосигналы с Земли. Они могут продлить срок жизни космического аппарата в 1,5 раза, а заодно облегчить его, избавив от необходимости возить «лишние» аккумуляторы и солнечные панели.

Перегрев

Космические ретрансляторы, постоянно работающие на полную мощность, сталкиваются с проблемой перегрева. Поскольку воздуха на орбите нет, вентиляторы, которые используются для охлаждения компьютеров на поверхности планеты, тут не помогут. В итоге, несмотря на то что в космосе гораздо холоднее, чем на поверхности нашей планеты, проблему с отводом тепла от оборудования решать гораздо сложнее.

Чтобы спутник не перегрелся, его оборудуют радиаторами — устройствами, преобразующими тепло в излучение. Чем мощнее спутник, тем крупнее должен быть радиатор. Так, для охлаждения 25-киловаттных спутников связи нового поколения ученые создали радиатор размером 4 x 1 метр.

Космическое излучение

Еще одна проблема — космическое излучение, которое мешает работе любой электроники. На Земле от него защищают магнитное поле и атмосфера планеты. На орбите этой защиты нет, поэтому электроника, используемая в космических аппаратах, как правило, делается из расчета на то, что ей придется противостоять радиации. И тем не менее космическое излучение остается одной из ключевых проблем для спутников.

На МКС, по словам космонавта Павла Виноградова, ноутбуки очень быстро выходят из строя, несмотря на то что сами модули станции неплохо защищены. Страдают и камеры: изображение быстро покрывается битыми пикселями. Кроме того, космическое излучение вносит серьезные помехи в передаваемые спутниками сигналы и может повредить отдельные сегменты памяти устройств.

Радиация против криптографии

Воздействие излучения — одна из причин, по которым информация между Землей и многими космическими аппаратами передается в незашифрованном виде: если радиация повредит участок памяти, в котором хранится ключ шифрования, связь нарушится.

Причем эта проблема касается не только и не столько спутников-ретрансляторов, через которые экипаж МКС подключается к Интернету, — они как раз более-менее защищены. А вот о большинстве других аппаратов на орбите Земли этого не скажешь.

Отсутствие шифрования — вопрос больной, ведь спутники, как и наземные компьютеры, могут атаковать злоумышленники. Недавно в Европейском космическом агентстве запустили эксперимент, который направлен на то, чтобы исправить эту ситуацию. Исследователи тестируют два способа обеспечить надежное шифрованное сообщение со спутниками и сохранить их стоимость в пределах разумного.

  1. «Зашить» в оборудование вспомогательный криптографический ключ. Если основной ключ будет поврежден, система сгенерирует новый на основе вспомогательного. Однако таких ключей можно создать лишь ограниченное количество.
  2. Использовать несколько идентичных вычислительных блоков. Если в одном из них произойдет сбой, то можно переключиться на его полную копию, а тем временем перезагрузить первый и восстановить его работоспособность.

Устройство, на котором будут проверять работоспособность этих методов, в апреле этого года отправилось на МКС, где будет работать без перерыва не менее года. Оно базируется на серийном мини-компьютере Raspberry Pi Zero, благодаря чему стоит относительно недорого.

Правда, рассчитывать на то, что все общение со спутниками станет безопасным в ближайшее время не стоит: то, что уже запущено в космос, так просто не проапгрейдить.

Инопланетный Интернет

Пока одни исследователи улучшают защиту и пропускную способность спутников, другие задумываются о создании межпланетного Интернета. Проблемы, которые для этого необходимо решить, во многом схожи с теми, с которыми сталкивается экипаж МКС, а вот масштабы — совсем другие.

К примеру, до Марса сигнал идет от 3 до 22 минут в зависимости от положения Красной планеты относительно Земли. Это вам не полсекунды задержки. Кроме того, каждые два года на две недели прямая связь между Марсом и Землей прерывается: сигналы не проходят из-за Солнца, которое оказывается в это время между планетами.

Есть у космического Интернета и специфические черты. Например, все узлы такой сети находятся в постоянном движении. В таких условиях технологии земного Интернета не годятся. Поэтому ученые разрабатывают альтернативные схемы обеспечения связи между Землей, Марсом, Луной и другими небесными телами. Эти схемы предполагают:

  1. Внедрение протоколов передачи данных, рассчитанных на длительные задержки, значительно большую долю ошибок и регулярную недоступность узлов. Так, НАСА разработало модель передачи данных Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN). Согласно этой модели, промежуточные узлы сети (например, спутники) хранят информацию до тех пор, пока не получится передать ее следующему узлу.
  2. Отказ от радиоволн, на которых сейчас строится общение со спутниками, и передача данных при помощи оптических (в частности, лазерных) излучений. Во-первых, оптическая связь позволяет ускорить передачу данных в десятки раз. Во-вторых, оптические приемники и передатчики компактнее и потребляют меньше энергии, что особенно важно для спутников-ретрансляторов.
  3. Размещение спутников таким образом, чтобы они могли передавать сигнал вокруг Солнца даже тогда, когда Земля и Марс (или другие планеты — участницы космической Сети) расположены по разные стороны от светила.

Будущее ближе, чем кажется

Как видите, переписка в соцсетях и даже общение по видеосвязи с марсианами и лунатиками — не такая уж фантастика. Конечно, чтобы провести Интернет в открытый космос, человечеству еще придется потрудиться, но первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Интернет-зависимость: понятие, виды, симптомы, стадии и причины развития, лечение и профилактика

Опубликовано: 23.01.2019 11:12

 

За последнее десятилетие интернет стал неотъемлемой частью жизни для большинства населения. Сегодня любой современный человек хоть раз в день, для общения, работы или просто поиска нужной информации посещает сети всемирной паутины. Безусловно, интернет имеет огромное значение в современном мире и приносит большую пользу человечеству: как неиссякаемый источник информации, доступный способ приобретения навыков и знаний, как незаменимый помощник в работе и бизнесе, как средство проведения и планирования досуга, как место для знакомств и способ поддержания связи. Интернет облегчает выбор и покупку необходимых товаров и услуг, а также позволяет сэкономить на их приобретении…

Интернет-зависимость – это расстройство в психике, сопровождающееся большим количеством поведенческих проблем и в общем заключающееся в неспособности человека вовремя выйти из сети, а также в постоянном присутствии навязчивого желания туда войти.

Чем опасна интернет-зависимость

Психологи бьют тревогу и сравнивают феномен интернет-зависимости не иначе как с пристрастием к алкоголю и наркотикам. Поводы для беспокойства действительно имеются. Проводимые исследования на тему интернет-зависимости показывают, что при длительном и неконтролируемом нахождении в сети происходят изменения в состоянии сознания и в функционировании головного мозга. Постепенно это приводит к потере способности обучаться и глубоко мыслить.

Николас Карр, известный американский ученый-публицист, эксперт в области процессов управления и передачи информации, совместно с созданной им группой исследователей-психологов пришел к неутешительным выводам — быстрое и регулярное просматривание сайтов ведет к тому, что мозг человека утрачивает способность к углубленному аналитическому мышлению, превращая постоянных пользователей сети в импульсивных и не способных к интеллектуальной работе людей.

Однако нарушение мыслительных процессов и ухудшение памяти — не единственные негативные влияние интернета на человека. Окунаясь с головой в сети всемирной паутины, человек постепенно утрачивает навыки реального общения, что приводит к некой асоциальности. Зачем встречаться с друзьями, когда можно поболтать с ними по Skype, зачем с кем-то договариваться в живую или созваниваться, если можно просто отправить письмо по e-mail, зачем искать и покупать товар в обычных магазинах, когда можно приобрести что угодно, не выходя из дома… То есть описанные ранее как преимущества, все эти удобства при длительном и безальтернативном их использовании превращаются в проблему. Так начинают появляться сложности в общении с новыми людьми, а попадание в незнакомую компанию для интернет-зависимого человека и вовсе становится стрессовой ситуацией. Дальше человек замыкается в себе, что сказывается на работе или учебе, у него появляются проблемы со сном (избавиться от бессонницы без помощи специалиста для него уже не представляется возможным) и приемом пищи. Некоторых нездоровая привязанность к информационным технологиям доводит даже до самоубийства.

Кроме психических и мыслительных расстройств интеренет-зависимость опасна и возникновением физических заболеваний. Проводя чудовищно много времени у экранов мониторов, мы портим свое зрение (более подробно об этом можете узнать из статьи – «Ухудшение зрения при работе за компьютером»), у многих появляется тунельный синдром запястья. Интернет зависимость, которая сопровождается сидячим образом жизни, приводит к различным заболеваниям позвоночника и суставов (сколиозу, остеохондрозу, артрозу и т.д.), сердечно-сосудистым патологиям (тахикардии, аритмии, артериальной гипертонии, варикозу нижних конечностей и т.д.) и многим другим заболеваниям.

Интернет-зависимость может стать причиной нарушения отношений в семье (между родителями и детьми, а также между супругами). Кому понравится, что ребенок или вторая половинка днюет и ночует возле компьютера? Так ухудшаются отношения между родными и близкими людьми, и даже разрушаются семьи. Интернет-зависимость — проблема современного общества!

Формы, виды и причины возникновения интернет-зависимости

Зависимость от интернета возникает по ряду причин и может выражаться в разнообразных формах. Сегодня психологами и исследователями проблем интернет-зависимости выделяются пять основных видов этой неудержимой тяги к онлайн погружениям.

Самым распространенным видом интернет-зависимости считается необходимость в беспрерывном общении. Это могут быть форумы, социальные сети и различные чаты.

К данной группе риска зависимых от интернета относятся люди, испытывающие проблемы в общении. Отсутствие социальных и коммуникативных навыков погружает их в виртуальный мир, который заменяет им круг друзей. Исследователи, изучающие феномен интернет-зависимости, выяснили что люди, не попадающие в «сети» интернета так же, как и в них попавшие, общаются со знакомыми и друзьями в онлайне (хотя основная их цель нахождения в «паутине» — это поиск информации), но это общение в основном ограничивается лишь поддержанием уже имеющихся контактов. Интернет же зависимые люди стремятся социализироваться за счет новых знакомств.

В большей степени это конечно относится к людям подросткового возраста, и не только потому, что они выросли в эпоху интернета. Причина возникновения интернет-зависимость у подростков – это период гормональной перестройки организма, когда для молодежи становится проблематично общаться, завязывать новые знакомства, налаживать контакты с противоположным полом (конечно, это касается не всех, но многих).

Общение в интернете предоставляет подросткам возможность существовать в образах своих мечтаний, и не выходя за границы этих образов, осуществлять насколько необходимую и желаемую, настолько и невозможную в реальности коммуникативную активность. Это является основной причиной интернет-зависимости у подростков, а провоцирующим фактором, стимулирующим развитие этой зависимости, выступает анонимность и невозможность проверить, насколько представленная о себе информация действительна.

Еще одной причиной появления интернет зависимости, тесно связанной с предыдущей, является невозможность самовыражения. Человек, с трудом высказывающий свои мысли, неспособный отстоять свою точку зрения, испытывающий страх публичных выступлений, боящийся осуждения реального общества, в общем неуверенный в себе человек, в сети может спокойно высказать то, что накипело, не боясь неодобрения и непонимания.

Информационная интернет-зависимость (онлайн серфинг), или непреодолимая нужда в постоянном потоке информации, заставляет человека бесконечно путешествовать по Сети.

Навязчивый веб-серфинг предполагает неупорядоченный поиск информации, лишенный всякой цели и смысла. Человек блуждает по сайтам, базам данных, одну за другой читает статьи, заметки, комментарии к ним, бесконечно переходит по ссылкам… В итоге это бессмысленное блуждание и непрекращающийся поиск информации приводит к потере продуктивности и информационной перегрузке.

Следующий вид интернет-зависимости – игровая зависимость. Это когда человек подсаживается и не может оторваться от онлайн игр.

Почему люди начинают играть в онлайн игры? Кто-то стремится заполнить пустое место, образовавшееся в его жизни, кто-то просто от скуки. А есть люди, которые пытаются добиться превосходства, не тратя на это больших усилий. Стать первым на соревнованиях по легкой атлетике будет сложно, а вот в игре «Танчики» — вполне даже возможно.

Многие игроманы даже тратят реальные деньги, чтоб как-то улучшить своих персонажей (например, в таких РПГ играх как World of Warkraft) и добиться мнимого превосходства. Получая огромное удовольствие, и видя, что достигли 25-го уровня, в то время как их ближайший конкурент не добрался еще и до 22-го, они продолжают играть дни напролет и в процессе этой гонки становятся интернет-зависимыми.

Кстати, этот побуждающий фактор интернет-зависимости (стремление стать лучшим, стать первым) может находить выражение не только в онлай-игрушках. Например, в тех же соцсетях, на сайтах и форумах, где пользователи сравниваются по рейтингу (какие-то баллы и уровни за активность, виртуальные деньги, количество друзей и т.д.). Чем больше у тебя балов, тем выше ты располагаешься в рейтинге. Конечно, виртуальное превосходство в отличие от реального не дает полной удовлетворенности, но зато добиться его значительно легче.

Вернемся к играм (хотя погоню за рейтингами можно тоже в какой-то степени прировнять к игре). Еще одной причиной, почему интернет зависимость становиться проблемой современного общества по мнению Эрин Хоффман, одного из разработчиков онлайн игр, является прокрастинация. Вот как она объясняет, в чем кроется причина этого пристрастия: «Когда мы обсуждаем зависимость от интернета и в частности от сетевых игр – мы говорим не о том, что люди делают, а о том, чего они не делают, замещая бездельничество зависимым поведением». То есть человек постепенно втягивается и становится зомби по причине того, что попросту не хотел делать нелюбимую работу, выполнять свои обязанности, решать сложные вопросы и принимать непростые решения? Может быть, почему нет. Но, наверное, главная причина появления данного вида интернет-зависимости кроется в непомерных аппетитах воротил игровой индустрии и в том, что игры сделаны специальным образом, принуждающим вас судорожно играть даже в то время, когда процесс не доставляет вам настоящего удовольствия.

Не единичны случаи, когда длительная игра приводила к трагическим последствиям. Например, многочасовой онлайн-сеанс игры в World of Warcraft, в октябре 2005 года довел китайскую школьницу до истощения организма и смерти. А в 2011 году американская домохозяйка, увлекшись игрой в ту же Warcraft, забыла про свою трехлетнюю дочку, которая умерла от недоедания и обезвоживания.

Вот что говорит еще один из разработчиков онлайн-игр Дэвида Вонг (этот человек, работающий на Microsoft и защитивший диссертацию по особенностям работы человеческого мозг, знает как сделать людей разного возраста интернет-зависимыми): «Всякая зависимость возникает из трех составляющих – активности, времени и поощрения, и есть бесчисленное количество приемов, используя которые, эти три фактора возможно объединить друг с другом для того, чтобы игрок показывал тот образец поведения, который задумал разработчик».

Интернет-зависимость, связанная с азартными онлайн-играми во многом схожа с обычным пристрастием к игре на деньги.

Онлайн-казино, которых сегодня в интернете великое множество, заманивая десятки тысяч новых пользователей ежедневно, воссоздают соблазнительный и реалистичный мир традиционных казино. Симптомы интернет-зависимости этого вида, а также ее причины и последствия сродни тем, что и у обычной игромании (игры на деньги). Разве что есть какие-то незначительные нюансы. А вот доступность, а соответственно и вовлеченность во много раз превосходит показатели обычных игровых заведений.

В недавно опубликованном докладе Американской Ассоциации Психологов, которая была посвящена проблеме интернет зависимости, связанной с азартными играми говорится, что данное пристрастие затягивает людей значительно сильнее, нежели казино или обычные игровые автоматы. Также там было отмечено, что в группу риска попадают в первую очередь подростки, среди них зависимость от игр на деньги в интернете встречается намного чаще.

Еще одной разновидностью интернет-зависимости является так называемое киберсексуальное влечение – это навязчивая тяга к просмотру порнофильмов в сети и занятию киберсексом.

При кажущейся на первый взгляд безобидности, сексуальная интернет зависимость является серьезнейшей проблемой, стоящей на пути обеспечения социально-психологической безопасности как отдельного человека, так общества в целом. Сегодня множество семейных пар распадаются или стоят на грани распада из-за наклонности одного из супругов удовлетворять свои сексуальные потребности с помощью интернета. У людей, страдающих этой зависимостью, остается мало времени для обычного общения, так постепенно происходит эмоциональный разрыв в отношениях с реальными людьми — семья, дети, друзья, работа и учеба уходят на задний план.

Недавно популярная английская газета The Daily Mail опубликовала мнение ряда ученых, в котором говорилось, что онлайн-порнография породила молодое поколение, неспособное возбуждаться в ходе обычных сексуальных контактов. Итогом публикации стал вывод о том, что импотенция молодеет и уже не является проблемой только мужчин среднего и пожилого возраста.

Причинами этой интернет зависимости являются сексуальная неудовлетворенность (как у начинающих половую жизнь подростков, так и людей всех возрастов), ухудшение сексуальных отношений с партнерами, нехватка общения и разногласия в семье, а особенности Интернета (доступность, анонимность, вседозволенность, отсутствие обязательств и необходимости психологически подстраиваться под партнера) только способствуют возникновению зависимости от этого влечения.

Перечень основных видов зависимостей от интернета можно расширить, добавив туда: хакерство; непроизвольную тягу к покупкам вещей на интернет-аукционах и в онлай-магазинах; бесконечное скачивание с торрент трекеров видео и аудио материалов в целях создания собственной базы и т.д.

Стадии развития интернет-зависимости

На первой стадии пользователь знакомится с интернетом, узнает о его возможностях и выбирает подходящий для себя вариант виртуальной реальности. Постепенно у человека формирует собственный стиль в сети, восполняющий ему тот недостаток общения или информации, которого ему не хватает в реальной жизни.

Далее происходит отдаление от настоящей жизни, пользователь все больше времени начинает проводить в той реальности, которую он выбрал на предыдущей стадии. Время нахождения в онлайне увеличивается… Также на второй стадии формирования интернет зависимости, когда человек перестает использовать интернет для достижения жизненных целей, происходит перенос этих самых целей в виртуальную реальность. Например, одни люди знания, полученные в Сети, применяют в жизни, другие этими знаниями делятся тут же в интернете, используя корыстные цели (в хорошем смысле), хотят прославиться или зарабатывают деньги, третьи же поднимают себе рейтинги в соцсетях (репутацию на сайтах и форумах и т.п.) или попросту самовыражаются. Так и развивается зависимость, когда само общение становится единственным, ну или предпочтительным способом достижения цели.

Третья стадия стабилизирующая. Проблема очевидна, признаки и симптомы интернет зависимости на лицо, она плавно переходит в хроническую форму. Через некоторое время страсть к выбранному взаимодействию становится не такой выраженной, активность в сети гаснет. Человек возвращается в реальность, однако делает он это без всякого желания. Зависимость от интернета сохраняется, но уже в неактивной форме, и усиливается при стрессе или при появлении новых интересных тем.

Симптомы интернет-зависимости

Основными признаками, определяющими интернет-зависимость, можно считать следующие:

Вы ощущаете огромную радость перед каждым новым сеансом, а без доступа в интернет испытываете грусть и уныние.

Вас за уши не оттащить от монитора, и ни под каким предлогом не выманить на улицу.

Вы не ходите в гости, реже встречаетесь с друзьями, т.е. потихоньку теряете контакты с людьми в оффлайне.

Вы постоянно обновляете страничку в соцсетях, часто проверяете e-mail почту, аккаунт на сайте знакомств и т.д.

Обсуждаете компьютерную тематику даже с людьми, едва сведущими в данной области.

Вы теряете чувство времени. Заглянув вроде бы по делу на несколько минут, вы зависаете в сети на несколько часов и не замечаете, как стремительно пролетает время.

Во время интернет-серфинга забываете о служебных обязанностях, учебе, домашних делах, встречах и договоренностях.

Сайты вы посещаете не с целью найти нужную информацию, а заходите на них бесцельно и механически.

Тратите немалые деньги на интернет, а также на обеспечение постоянного обновления, как различных компьютерных устройств, так и программного обеспечения. Еще и пытаетесь скрыть это от близких.

На физиологическом уровне вы чувствуете последствия длительного сидения за компьютером: боль в глазах, ломота в суставах, нарушение сна и режима питания.

Испытываете влияние информации из сети на ваше психологическое самочувствие — негативные новости или сообщения вызывают в вас бурю отрицательных эмоций, таких как ярость, печаль или тревогу.

Замечаете, как близкие люди все чаще начинают выражать свое возмущение по поводу того, что вы слишком много времени проводите в Интернете. И это является явным признаком интернет зависимости. Самому чрезмерную увлеченность интернетом заметить бывает сложно.

Лечение интернет-зависимости

Неудивительно, что лечение интернет-зависимости стало частью дохода психологов и психиатров, ведь людей с нездоровой тягой к «всемирной паутине» становится все больше и больше. Зависимостью от интернета страдают как мужчины, так и женщины, как молодые (в большей степени), так и взрослые граждане, и их число с каждым годом только растет. Неспособность самостоятельно избавиться от интернет зависимости приводит не подозревавших о столь негативных последствиях онлайн-жизни пользователей в медицинские учреждения, где их лечат от психических расстройств, ставших проявлением привязанности к интернету, а не от интернет-зависимости, так как диагноза «интернет-зависимость» во всемирной практике пока не существует.

Впервые термин «интернет-зависимость» был использован американским психиатром Айвеном Голдбергом в 1994 году. В это понятие Голдберг вкладывал не медицинский смысл, как если бы речь шла о зависимости от наркотиков или алкоголя, а такое поведение, которое сопровождается низким уровнем самоконтроля, стрессом и угрожает вытеснить нормальную жизнь. Термин прижился, хоть был введен психиатром изначально в виде хохмы.

Однако, если международное сообщество еще до конца не осознало масштаб бедствия, в некоторых странах интернет-зависимость официально признается заболеванием и ее лечение проводится порой весьма радикальными методами. Так, например, в Китае, где первая клиника для лечения интернет-зависимости появилась еще в 2005 году, пациентам назначают электрошок – устройство, подающее на тело напряжение в тридцать вольт.

При обращении в клинику китайские специалисты вначале проводят диагностику на предмет наличия у человека зависимости. Далее назначается медикаментозное лечение, иглотерапия и в обязательном порядке физические нагрузки. В подобных клиниках для пациентов установлен строгий распорядок: в течение 10-15 дней (именно столько в среднем длится лечение) человек встает в шесть утра, занимается спортом, поет хвалебные песни, пьет антидепрессанты и получает разряды электротока. Также в Китае существуют специальные лагеря казарменного типа для подростков менее 18 лет. Туда их привозят родители на срок до полугода. Все это время зависимые от интернета подростки находятся на территории центров, изучают стройподготовку и также, как и взрослые, лечатся разрядами электричества.

Такое лечение интернет зависимости не находит понимание в мире, и даже некоторые местные врачи против применения электрошока, особенно если это касается лечения детей: «Такие методы слишком жестокие и наоборот наносят детям глубокую психологическую травму, тем не менее, они используются повсеместно. Сегодня в Китае существует множество клиник по лечению интернет зависимости. Большая их часть практически никем не контролируется и является не профессиональными», — говорит известный китайский психолог из Пекина Тао Хункай.

В Финляндии к зависимым от интернета относятся поснисходительней, даже предоставляют отсрочку от призыва в армию: «Для подростков, днями и ночами играющих в онлайн-игры и имеющих вместо настоящих друзей только странички в фэйсбуке служба в армии может стать большим потрясением», — говорит один из военачальников Финляндии, Йирки Кивелы.

Первым в мире центром поддержки интернет-зависимых стал центр, созданный самым известным и авторитетным исследователем в данной области — Кимберли Янг, профессором психологии Питсбургского университета (Брэтфорд), автором переведенной на многие языки книги — «Пойманные в Сеть». Созданный ею в 1995 году Центр (Center for On-Line Addiction — Netaddiction.com) оказывает консультации не только обычным людям, но и корпорациям, образовательным учреждениям и психиатрическим клиникам.

В России лечение интернет зависимости тоже проводится, но список клиник, занимающихся реабилитацией таких больных, ограничивается пределами Москвы и Санкт-Петербурга. Дело все в том, что лечиться идут единицы. Потому что большинство зависимых либо себя таковыми не считают, либо пытаются самостоятельно бороться со своим пристрастием. Вот что по этому поводу говорит Константин Блохин, психиатр клиники «Психическое здоровье» — «Пусть в клинике я работаю не очень долго, не помню ни одного обращения зависимых от интернета людей». Также врач поясняет, что при подобном диагнозе применяются такие же методы, как и при лечении наркомании — психотерапия, активные физические упражнения и рефлексотерапия.

«Сегодня в российских центрах применяют два метода лечения компьютерной зависимости: психотерапия и психофармакотерапия. Если первое подразумевает лечение без медикаментов, то второе – прием психотропных средств (антидепрессанты и противотревожные препараты) и использование капельниц» — говорит Дмитрий Федотов, психиатр клиники СПО Центр.

Если в вашем городе нет специализированных медицинских учреждений, занимающихся лечением интернет зависимости (хотя в большинстве случаях поможет и квалифицированный психолог) или же вы просто считаете, что можете сбросить с себя оковы интернет-рабства самостоятельно, вам надо знать с чего начать. Советы о методах избавления от интернет зависимости будут полезны и для профилактики этой нездоровой привязанности.

Профилактика интернет-зависимости и способы избавления от нее

Чтобы начать бороться с интернет зависимостью, прежде всего необходимо признать, что проблема существует и понять, что избавиться от нее вам никто не поможет (уж если вы решили, что к помощи психолога прибегать не будете, рассчитывайте только на себя).

Самый эффективный способ борьбы с интернет-зависимостью — вернуться в реальную жизнь и забыть о существовании интернета на несколько дней. Где вход, там и выход! Чаще выезжайте на природу, встречайтесь с друзьями, посещайте различные мероприятия, вспомните о давно забытом хобби, начните заниматься спортом, прочтите интересную книгу и т.д. Вы хотите перестать проводить в онлайн режиме так много времени? Тогда перестаньте! Вы же точно этого хотите, правда?

Если сейчас вы вообще не представляете своей жизни без социальных сетей, вам будет трудно сразу от этого отказаться. Для начала можно сократить время пребывания в них, а дальше, постепенно сворачивая активность, вы сможете свести до минимума свое там присутствие. Что касается людей то и дело проверяющих почту, здесь можно посоветовать установить для ее проверки определенные часы и строго следовать этому расписанию.

Бороться с интернет зависимостью, как и со всякой другой зависимостью, некоторые психологи считают бессмысленным занятием. По их мнению, работа с навязчивыми пристрастиями заключается не в борьбе как таковой, а в решении проблем существования — формировании новых связей, новых интересов, в конце концов, в поиске смысла жизни.

Говоря о причинах интернет-зависимости, мы выяснили, что часто люди «сбегают» в сеть от какой-то неудовлетворенности и проблем. Поэтому просто ограничить время в интернете будет мало, одновременно бороться надо и с причинами возникновения этих проблем. Взять, к примеру, сексуальную интернет-зависимость. Если человек погружается в сексуальное онлайн-рабство (женщины в основном выбирают виртуальный секс, а просмотр порно это уже прерогатива мужчин) по причине отсутствия партнера, следовательно, ему надо найти вторую половинку. Если вам не хватает общения, хватит седеть на форумах, ищите его в реальной жизни. Если вы человек застенчивый, начните бороться со своей застенчивостью, запишитесь на курсы ораторского мастерства.

Вы используете интернет для работы, но замечаете, что постепенно забываете о делах и переключаетесь на бестолковое времяпровождение? Начните засекать и анализировать время, проведенное в интернете. Подсчитайте сколько приблизительно минут или часов вы тратите на что-то важное и необходимое. Пусть это время будет вашим дневным минимумом. Каждый день, заходя в интернет, старайтесь уложиться в этот временной отрезок. Это даст вам возможность распределить рабочее время наиболее эффективно. Также в целях продуктивности деятельности и профилактики интернет зависимости рекомендую составлять список сайтов (можно в уме) которые надо посетить и тем нуждающихся в рассмотрении.

На многих сайтах советы, повествующие о том, как избавиться от интернет-зависимости содержат, на мой взгляд, довольно-таки странные рекомендации: «Попросите своего близкого или знакомого «запаролить» вашу страничку в соцсети или мессенджере и пусть он разрешает вам заходить туда лишь раз в неделю», «Попросите провайдера запретить вам доступ на сайты, где вы теряете попросту время». Если вам эти советы подходят и не кажутся странными, то используйте и их.

В нелегком процессе избавления от интернет зависимости важна поддержка близких людей. Чем больше семейного общения, которое будет заменять вам избыточное интернет употребление, тем лучше. И не стоит оправдывать свою немощность и неудачные попытки бороться с интернет-зависимостью тем, что все большее количество людей попадают в эти в «сети» и в этом нет ничего страшного. Старайтесь выплыть, даже если все вокруг тонут.

Дополнительные советы:

Составьте список с перечнем оснований, из-за которых вам стоит отказаться от чрезмерного использования интернета.

Если у вас нет в настоящий момент необходимости выйти в сеть, выключайте компьютер.

Не употребляйте пищу, сидя за компьютером, так вы сможете отвлечься от онлайн режима.

Отключите автоматические оповещения о поступлении на почту новых писем, если особой необходимости в них нет.

Скопируйте в отдельный фай или распечатайте страницы, которые содержат информацию, часто вами используемую, например, это может быть статья о том, как правильно отдыхать после работы. Так вы сократите визиты в Интернет, и у вас будет меньше соблазн рыскать по сети.

Если вы решили избавиться от интернет-зависимости, вам следует отрегулировать режим вашего сна.

На самом деле интернет несет огромную пользу, а эта статья является лишь предостережением, так что не следует делать выводы, будто Сеть безоговорочно опасна и вредна. Воспитайте в себе культуру интернет пользования, сделайте это царство безграничных возможностей средством для достижения целей и решения, реальных, а не виртуальных задач. Используйте Всемирную сеть для приобретения необходимых и важных навыков (например, для изучения английского языка или для обучения быстрой печати и т.п.) и получения информации имеющей практическое значение.

Источник: http://cont.ws/post/713682

Среды передачи данных | Hyperline

Любовь Горшкова, Григорий Ефимов


При построении сети необходимо, прежде всего, определить, при помощи какого носителя следует передавать связные сигналы, которые принято называть слаботочными.


Под средой передачи данных понимают физическую субстанцию, по которой происходит передача электрических сигналов, использующихся для переноса той или иной информации, представленной в цифровой форме.


Среда передачи данных может быть естественной и искусственной. Естественная среда — это существующая в природе среда; чаще всего естественной средой для передачи сигналов является атмосфера Земли, но возможно также использование других сред — безвоздушного пространства, воды, грунта, корабельного корпуса и т.д. Соответственно под искусственными понимают среды, которые были специально изготовлены для использования в качестве среды передачи данных. Представителями искусственной среды являются, например, электрические и оптоволоконные (оптические) кабели.


Будем рассматривать среды передачи данных согласно их распространенности, поэтому начнем со сред передачи данных, которые мы решили называть искусственными.

Искусственные среды. Классификация и применение


Типичными и наиболее распространенными представителями искусственной среды передачи данных являются кабели. При создании сети передачи данных выбор осуществляется из следующих основных видов кабелей: волоконно-оптический (fiber), коаксиал (coaxial) и витая пара (twisted pair). При этом и коаксиал (коаксиальный кабель), и витая пара для передачи сигналов используют металлический проводник, а волоконно-оптический кабель — световод, сделанный из стекла или пластмассы.


Справедливости ради следует отметить, что помимо оптических волокон, для передачи слаботочных сигналов в электронике применяют углеродные волокна (carbon fibers). Такая «экзотическая» среда применяется, в частности, для соединения усилителей мощности с акустическими колонками класса high-end (считается, что электрический сигнал, передаваемый по такому «акустическому» кабелю, испытывает меньшее рассеяние, чем в металлическом кабеле). В такой аппаратуре применяют также кабели из серебра, что обеспечивает получение так называемого «серебряного» звучания.


Но не будем отвлекаться. Прежде чем в 1992 году были одобрены стандарты на сеть Ethernet в части установки неэкранированной витой пары, в большинстве локальных сетей использовался коаксиальный кабель. Но в последующих инсталляциях, в основном, использовали более гибкую и менее дорогостоящую среду — неэкранированную витую пару. Кроме того, все большее распространение получает волоконно-оптический кабель за счет своих лучших характеристик по сравнению с электрическими кабелями. Однако волоконно-оптический кабель обладает существенным недостатком — высокой стоимостью, поэтому он чаще всего используется в магистральной сети, а до рабочих мест протягивается пока еще относительно редко. (Кстати, волоконно-оптические кабели также широко используются для соединения проигрывателей с усилителями в аудиоаппаратуре класса high-end.)


При выборе кабеля, особенно электрического, возникает противоречие между достижением высокой скорости передачи и покрытием большого расстояния. Дело в том, что можно увеличить скорость передачи данных, но это уменьшает расстояние, на которое данные могут перемещаться без восстановления (регенерации). В таких ситуациях могут помогать устройства, осуществляющие регенерацию сигналов, в частности, повторители и усилители. Однако при этом некоторые ограничения накладывают физические свойства кабеля. Так, электрические кабели обладают характеристикой, считающейся косвенной, — импендансом (чем выше импенданс — тем выше сопротивление), которая может стать источником осложнений при попытке соединить два кабеля с различным импендансом.

Коаксиальный кабель


Коаксиальный кабель(coaxial), или коаксиал имеет длинную историю. Если в вашем доме есть кабельное телевидение, то вы имеете коаксиальный кабель. Кабельное телевидение использует те же самые принципы, что и широкополосная передача, применяемая в сетях передачи данных. Широкополосная сеть и кабельное телевидение используют важное достоинство коаксиального кабеля — его способность передавать в один и тот же момент множество сигналов. Каждый такой сигнал называется каналом. Все каналы организуются на разных частотах, поэтому они не мешают друг другу.


Коаксиальный кабель обладает широкой полосой пропускания; это означает, что в ней можно организовать передачу трафика на высоких скоростях. Он также устойчив к электромагнитным помехам (по сравнению с витой парой) и способен передавать сигналы на большое расстояние. Кроме того, с технологией передачи сигналов по коаксиальному кабелю хорошо освоились многие поставщики и инсталляторы как кабельных систем, так и различных сетей передачи данных.


Коаксиальный кабель состоит из четырех частей (см. рис. 1). Внутри кабеля размещена центральная жила (проводник, сигнальный провод, линия, носитель сигнала, внутренний проводник), окруженная изоляционным материалом (диэлектриком). Указанный слой изоляции охвачен тонким металлическим экраном. Ось металлического экрана совпадает с осью внутреннего проводника — отсюда и следует название «коаксиал». И, наконец, внешней частью кабеля является пластиковая оболочка.


Центральная жила может состоять из одного сплошного проводника (одножильный) или нескольких, являющихся одним проводником (многожильный). Она обычно выполнена из меди, медного сплава с оловом или серебром; алюминия или стали с медным покрытием. Диэлектрик — полиэтилен или тефлон с воздушной прослойкой или без нее. Экран может быть выполнен в виде фольги или оплетки. Внешняя оболочка изготавливается из поливинилхлорида или полиэтилена (noplenun), тефлона или кинара (plenun).


Внешний экран может быть выполнен из фольги, оплетки или из их комбинаций. Возможна также многослойная (например, четырехслойная) защита.


Существует несколько размеров коаксиального кабеля. Различают толстый (диаметром 0.5 дюйма) и тонкий (диаметром 0.25 дюйма) коаксиальные кабели. Толстый коаксиальный кабель более крепкий, стойкий к повреждению и может передавать данные на более длинные расстояния, но недостатком такого кабеля является сложность его подсоединения.


Заметим также, что существуют такие разновидности коаксиального кабеля, как твинаксиал, тринаксиал, quad-кабель и т.д.

Витая пара


Витая пара (TP — twisted pair) — кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание осуществляется для уменьшения внешних наводок (наводок от внешних источников) и перекрестных наводок (наводок от одного проводника другому проводнику из одной и той же пары). Часто кабель на витой паре (точнее, на нескольких, как правило, 4 витых парах) называют просто «витая пара», хотя, конечно, это -профессиональный жаргон. Заметим попутно, что витая пара была изобретена Александром Беллом в 1981 году.


В последние несколько лет производители витой пары научились передавать данные по своим кабелям с высокими скоростями и на большие расстояния. Некоторые из первых локальных сетей на персональных компьютерах, например, Omninet или 10Net, использовали витую пару, но могли передавать данные только со скоростью 1 Мбит/с. В 1984 году, когда была представлена сеть Token Ring, она обладала способностью пересылать данные со скоростью 4 Мбит/с по экранированной витой паре. А в 1987 году отдельные производители заявили, что сеть Ethernet может пересылать данные по неэкранированной витой паре, но компьютеры должны быть размещены на расстоянии, равном приблизительно 300 футов, а не 2000 футов, как было разрешено для соединения с помощью толстого коаксиального кабеля. Современные достижения сделали возможной передачу данных по кабелю на витой паре со скоростью 1 Гбит/с (по 250 Мбит/с в каждой из 4 пар).


По сравнению с волоконно-оптическими и коаксиальными кабелями, использование витой пары обладает рядом существенных преимуществ. Такой кабель более тонкий, более гибкий и его проще устанавливать. Он также недорог. И вследствие этого, витая пара является идеальным средством передачи данных для офисов или рабочих групп, где нет электромагнитных помех.


Однако, витая пара обладает следующими недостатками: сильное воздействие внешних электромагнитных наводок, возможность утечки информации и сильное затухание сигналов. Кроме того, проводники витой пары подвержены поверхностному эффекту — при высокой частоте тока, электрический ток вытесняется из центра проводника, что приводит к уменьшению полезной площади проводника и дополнительному ослаблению сигнала.


Несмотря на то, что существует несколько типов витой пары, экранированная (STP — shielded twisted pair) и неэкранированная (UTP — unshielded twisted pair) являются самыми важными (см. рис. 2). При этом кабель UTP не содержит никаких экранов, а кабель STP может иметь экран вокруг каждой витой пары и, в дополнение к этому, еще один экран, охватывающий все витые пары (кабель S-STP). Применение экрана позволяет повысить помехоустойчивость.


Материалы, используемые при изготовлении витой пары, аналогичны материалам, используемым при изготовлении коаксиального кабеля.


Стандарты TIA/EIA-568, 568А определяют категории для витой пары. Существуют 7 таких категорий. Самая младшая (Категория 1) соответствует аналоговому телефонному каналу, а старшая (Категория 1) характеризуется максимальной частотой сигнала в 600 МГц, при этом Категории 1…3 выполняются на UTP, а 4…7 — UTP и STP.


Многие специалисты высказывают сомнения по поводу целесообразности введения 7 категории, так как стоимость кабеля, соответствующего данной категории, приравнивается к стоимости волоконно-оптических кабелей, в то время как ведутся работы по созданию более дешевых волоконно-оптических кабелей.

Волоконно-оптический кабель


Волоконно-оптический кабель (fiber-optic cable) был разрекламирован как решение всех проблем, порождаемых медным кабелем. Такой кабель имеет огромную ширину полосы пропускания и может пересылать голосовые сигналы, видеосигналы и сигналы данных на очень большие расстояния. В связи с тем, что волоконно-оптический кабель для передачи данных использует световые импульсы, а не электричество, он оказывается невосприимчивым к электромагнитным помехам. Отличительной особенностью волоконно-оптического кабеля является также то, что он обеспечивает более высокую безопасность информации, чем медный кабель. Это связано с тем, что нарушитель не может подслушивать сигналы, а должен физически подключиться к линии связи. Для того чтобы добраться до информации, передаваемой по такому кабелю, должно быть подсоединено соответствующее устройство, а это, в свою очередь, приведет к уменьшению интенсивности светового излучения. К недостаткам волоконно-оптического кабеля следует отнести высокую стоимость и меньшее число возможных перекоммутаций по сравнению с электрическими кабелями, так как во время перекоммутаций появляются микротрещины в месте коммутации, что ведет к ухудшению качества оптоволокна.


По своей структуре волоконно-оптический кабель подобен коаксиальному кабелю (см. рис. 1). Однако вместо центральной жилы в его центре располагается стержень, или сердцевина, которая окружена не диэлектриком, а оптической оболочкой, которая, в свою очередь, окружена буферным слоем (слоем лака), элементов усиления и внешнего покрытия. Стержень и оболочка изготавливается как одно целое. Диаметр стержня составляет от 2 до нескольких сотен микрометров. Толщина оболочки — от сотен микрометров до единиц миллиметров. Буферный слой может быть свободным (жесткая пластиковая трубка) или плотноприлегающим. Свободный защищает от механических повреждений и температуры, прилегающий — только от механических повреждений. Элементы усиления выполняются из стали, кевлара и т.д., однако, могут иметь отрицательный эффект, например, элементы из стали могут притягивать разряды молний. Волоконно-оптический кабель с элементами усиления называется кабелем с усиленной конфигураций. В кабеле облегченной конфигурации пространство между внешней оболочкой и буферным слоем заполнено жидким гелием. Внешнее покрытие изготавливается аналогично покрытию электрических кабелей.


Волоконно-оптический кабель бывает одномодовым и многомодовым. Одномодовый кабель имеет меньший диаметр световода (5-10 мкм) и допускает только прямолинейное распространение светового излучения (по центральной моде). В стержне многомодового кабеля свет может распространяться не только прямолинейно (по нескольким модам). Чем больше мод, тем уже пропускная способность кабеля. Так, на 100 м максимальная частота сигнала на длине волны 850 нм для многомодового составляет 1600 МГц, для одномодового — 888 ГГц. Стержень и оболочка многомодового кабеля могут быть изготовлены из стекла или пластика, в то время как у одномодового — только из стекла. Для одномодового кабеля источником света является лазер, для многомодового — светодиод.


Для многомодового кабеля характерны следующие помехи: модальная дисперсия и хроматическая дисперсия. Модальная дисперсия заключается в том, что на большом расстоянии начинает сказываться многомодовость кабеля — световой импульс, идущий по самой длинной моде (неаксиальный луч) начинает «отставать» от импульса, идущего по центральной моде (аксиальный луч). В результате этого промежуток между импульсами должен быть больше, чем разница между аксиальным и неаксиальным лучами. Хроматическую дисперсию по другому можно назвать «эффектом радуги» — когда световой сигнал разделяется на световые компоненты., а так как волны света различной длины пропускаются световодом по-разному, то на больших расстояниях хроматическая дисперсия может привести к потере передаваемых данных — световые компоненты одного сигнала будут накладываться на световые компоненты другого.


Многомодовый волоконно-оптический кабель может быть со ступенчатым или плавным отражением сигнала. Кабель с плавным отражением сигнала имеет многослойную оболочку с разными коэффициентами отражения у каждого слоя, и лучшие характеристики по сравнению с кабелем со ступенчатым отражением сигнала.


Одномодовый кабель обладает наилучшими характеристиками, но и является самым дорогим. Многомодовый кабель из пластика является самым дешевым, но обладает самыми худшими характеристиками.

Радиоволновод (немного экзотики)


К искусственным средам передачи можно отнести радиоволноводы. Радиоволновод представляет собой полую металлическую трубку, внутри которой распространяется радиосигнал. Нужно отметить, что диаметр трубки должен соответствовать длине волны передаваемого сигнала. Обычно применяются короткие волноводы для передачи сигнала на передающую антенну. Однако есть сведения, что радиоволноводы применялись в военной отрасли для передачи сигналов на большие расстояния, причем коэффициент затухания сигнала был ниже, чем при использовании электрических кабелей. Но по мере развития технологий изготовления кабелей (в частности, волоконно-оптических) радиоволноводы перестали использоваться для передачи сигналов на большие расстояния.

Естественные среды


Рассматривая естественные среды передачи данных, сделаем следующие допущения: 1) так как наиболее используемой естественной средой является атмосфера (в основном, нижний слой — тропосфера), а различные сигналы распространяются в атмосфере по разному, то при рассмотрении данной среды различные виды сигналов будем рассматривать отдельно; 2) поскольку при спутниковой связи безвоздушная среда не накладывает каких-либо ограничений на проходящий через нее сигнал, а основные трудности сигнал спутниковой связи испытывает при прохождении атмосферы, — отдельно рассматривать безвоздушную среду не будем.

Атмосфера


Наибольшее распространение в качестве носителей данных в атмосфере получили электромагнитные волны. Здесь следует заметить, что от длины волны зависит характер распространения электромагнитных волн в атмосфере. Спектр электромагнитного излучения делится на радиоизлучение, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение. В настоящее время в связи с техническими трудностями ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение не используются. Используемые радиоволны, в свою очередь, зависят от длины волны. Они делятся на (приведем отечественную классификацию): сверхдлинные (декакилометровые), длинные (километровые), средние (гектаметровые), короткие (декаметровые), метровые, дециметровые, сантиметровые, миллиметровые, субмиллиметровые. Последние пять диапазонов принято также называть ультракороткими волнами. Кроме того, в последние три диапазона входит СВЧ-излучение (а по некоторым источникам — и часть дециметрового диапазона 0.3…0.1 м).

Радиоволны


Волны, имеющую длину больше, чем у ультракоротковолновых, не представляют большого интереса для сети передачи данных из-за низкой потенциальной скорости передачи данных. Поэтому рассматривать их не будем.


В сетях передачи данных нашли применения радиоволны УКВ диапазона, которые распространяются прямолинейно и не отражаются ионосферой (как КВ) и не огибая встречающиеся препятствия (как ДВ или СВ). Поэтому связь в сетях передачи данных, построенных на УКВ радиосредствах, ограничена по расстоянию (до 40 км). Для преодоления этого ограничения обычно используют ретрансляторы.


Разработчику радиосети приходится, в первую очередь, заниматься юридическими проблемами. Это объясняется тем, что любая передающая радиостанция, превышающая ограничение на выходную мощность, подлежит лицензированию. Национальными комитетами по лицензированию (или государственными органами, занимающимися лицензированием), как правило, выделяются частоты, не подлежащие лицензированию (в США комитетом FCC определены три таких диапазона: 902…928 МГц, 2.4…2.5 ГГц и 5.8…5.,9 ГГц, в Европейском сообществе ETSI определен диапазон, утвержденный директивой ЕС 1.88…1.90 ГГц). Однако в этом случае на передающее устройство накладывается ограничение по мощности (для США — 1 Вт).


Сети передачи данных бывают узкополосными (как правило, одночастотные) и широкополосными (широкополосные, как правило, организуются на нелицензируемых частотах). Широкополосные сети могут использовать либо метод множественного доступа с кодовым уплотнением каналов и модуляцией несущей прямой последовательностью (DS-CDMA, DFM), либо метод множественного доступа с кодовым уплотнением каналов за счет скачкообразного изменения частоты (FH-CDMA, FHM).


Стоит добавить, что при использовании радиоволн с миллиметровыми длинами волны и менее, придется столкнуться с тем, что качество радиосвязи будет зависеть от состояния атмосферы (туман, дым и т.д.).


Разновидностью радиосвязи можно считать спутниковую связь, отличием от наземной радиосвязи будет являться только то, что вместо наземного ретранслятора используется спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите. При использовании спутника-ретранслятора снимается ограничение по расстоянию, но возникают задержки между приемом и передачей сигнала — задержки распространения, которые могут составить 0.5…5 с.

Инфракрасное излучение и видимый свет


Источником инфракрасного излучения могут служить лазер или фотодиод. В отличие от радиоизлучения, инфракрасное излучение не может проникать сквозь стены, и сильный источник света будет являться для них помехой. Кроме того, при организации связи вне помещения на качество канала будет влиять состояние атмосферы. Инфракрасные сети передачи данных могут использовать прямое или рассеянное инфракрасное излучение. Сети, использующие прямое излучение, могут быть организованы по схеме «точка-точка» или через отражатель, закрепляющийся, как правило, на потолке. Организация сетей, использующих прямое излучение, требует очень точного наведения, особенно если в качестве источников наведения используются лазеры. Используемые частоты излучения 100…1000 ГГц, пропускная способность от 100 Кбит/с до 16 Мбит/с. Сети, использующие рассеянное излучение, не предъявляют требования к точной настройке, более того, позволяют абоненту перемещаться, но обладают меньшей пропускной способностью — не более 1 Мбит/с.


Использование в сетях передачи данных источника видимого света более проблематично, так как использующийся источник видимого света ( лазер) может нанести травму человеку (ожог глаз). Поэтому при организации сетей, использующих видимый свет, следует также решать проблемы исключения случайной травмы пользователя сети, обслуживающего персонала или случайных людей.

Основные понятия


Среда передачи данных — физическая среда, по которой происходит передача сигналов, использующихся для представления информации


Радиоволны — электромагнитные волны с частотой меньше 6000 ГГц (с длиной волны больше 100 мкм).


Коаксиальный (coaxial) кабель (от co — совместно и axis — ось) представляет собой два соосных гибких металлических проводника, разделенных диэлектриком.


Витая пара — (twisted pair, TP) — кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Существуют: экранированная (shielded twisted pair, STP) и неэкранированная (unshielded twisted pair, UTP) витые пары.


Двужильный или твинаксиальный (twinaxial) кабель — коаксиальный кабель с двумя проводящими жилами, каждая из которых помещена в свой собственный слой диэлектрика.


Триаксиальный (triaxial) кабель отличается от коаксиального тем, что содержит дополнительный медный экранирующий слой, который располагается между обычным экранирующим слоем и внешним покрытием.


Квадраксильный (quadrax) кабель — кабель, содержащий две жилы подобно твиаксиальному и окруженный подобно триаксиальному дополнительным экранирующим проводящим слоем.


Кабели с четырехслойной защитой (quadshield) — кабели такого типа содержат четыре чередующихся защитных слоя из фольги и металлической оплетки.


Волоконно-оптический кабель (fiber-optic cable) предназначен для организации физической сред передачи световых сигналов.


Мода (mode) — возможный путь распространения световых лучей по оптоволокну.


Одномодовый (single-mode) кабель- волоконно-оптический кабель, имеющий диаметр сечения стержня менее 10 мкм, в результате чего световые лучи внутри него могут распространяться только по одному маршруту.


Многомодовый (multimode) кабель — волоконно-оптический кабель, внутри стержня которого световые лучи могут распространяться по нескольким маршрутам.


Кабель со ступенчатым изменением коэффициента преломления (single-step fiber) — многомодовый волоконно-оптический кабель со скачкообразным коэффициентом преломления между сердечниками и оболочкой.


Кабель с плавным изменением коэффициента (graded-index fiber) — многомодовый волоконно-оптический кабель с плавным изменением коэффициента преломления между сердечниками и оболочкой.

Организации, занимающиеся стандартизацией сред передачи данных


Компания IBM — спецификации ICS (IBM cable system)


Национальный электротехнический кодекс (National Electric Code, NEC). Документы NEC публикуются национальным противопожарным комитетом. В них описываются стандарты надежности общецелевых кабелей. Стандарты второго класса (CL2x) описывают общецелевые кабели, а коммуникационные стандарты (CMx) кабели, предназначенные для передачи информации. Наиболее строгими из стандартов являются CL2P, CM2P (Plenum), менее строгие стандарты CL2R, CM2R.


Underwriters laboratories (UL)


Специалисты организации UL выполняют тестирование, предназначенное для проверки условий, при которых кабели и устройства могут работать с надежностью, соответствующей их спецификации. Продукция успешно прошедшая эти тесты помещается в списки UL. Для классификации кабелей различного типа UL используют систему отметок, которая содержит пять уровней.


Объединенный комитет Ассоциация электронной промышленности/Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA/EIA) разботал классификационные системы для витой пары: TIA/EIA-568/568А.


Международная организация по стандартизации/Международная электротехническая комиссия (ISO/IEC) разработали стандарт ISO/IEC 11801, определяющий спецификации на кабели и соединители.


Институт инженеров по радиотехнике и электронике (IEEE) разработал стандарт 802.11 на беспроводные сети


Статья опубликована с разрешения журнала «Сетевой», №05 2000


 

можно ли полностью отключить глобальную сеть? — T&P

Мы давно привыкли, что общаться по скайпу можно в реальном времени, имейлы и сообщения в мессенджерах доходят в считаные секунды, а веб-страницы (как правило) грузятся быстро. Интернет-сигнал передается со скоростью света, поэтому не так важно, где находятся серверы: в России, США или Австралии. Но есть ли гарантия, что в любой момент любой сервер мира может связаться с любым другим? «Теории и практики» продолжают рассказывать о номинантах премии «Просветитель» и публикуют фрагмент из книги «Кому нужна математика? Понятная книга о том, как устроен цифровой мир», где Нелли Литвак и Андрей Райгородский с математической точки зрения объясняют, может ли интернет отключиться и что для этого надо сделать.

Связанные одной сетью

В какой-то степени интернет можно сравнить с системой железных дорог. От любой станции можно добраться до любой другой. Но железные дороги спланированы централизованным образом, их план прошел множество инстанций. Интернет — совсем другое дело. Основные каналы связи (обычно это волоконно-оптические линии) принадлежат самым разным владельцам: компаниям и организациям, например крупным операторам телефонной и мобильной связи. Вместе они составляют так называемую опорную сеть интернета.

Большинство компаний, в том числе и многие интернет-провайдеры, заключают договоры на пользование каналами связи и платят аренду. Как только появляется выход к опорной сети, можно начинать строить собственную сеть, присоединять новые серверы и компьютеры. Возникают локальные сети, они соединяются друг с другом, образуют более крупные сети и так далее. И все эти гигантские сети сетей соединены центральной, опорной сетью. Отсюда и название интернет (Internet): net по-английски — сеть.

Ни один человек и ни одна компания в мире не отвечают за то, чтобы сервер, через который вы присоединились к интернету, был связан с другим сервером, скажем, на острове Кенгуру*. Но вся система по своей природе устроена так, что связь гарантирована. Интернет — гигантская международная технологическая и коммерческая конструкция, без которой мы уже не представляем своей жизни, — прекрасно обходится без правления и правительства. Если вдуматься, это просто поразительно!

* Такой остров действительно есть, его население составляет 4,5 тысяч человек; кенгуру там гораздо больше!

Еще поразительнее то, что связь практически никогда не теряется, хотя в каналах связи случаются неполадки и неизбежные регулярные перегрузки. Может ли интернет, хотя бы временно, «развалиться на кусочки»? Может ли случиться так, что из-за сбоев где-то по дороге ваш сервер окажется полностью отрезанным от острова Кенгуру? На самом деле это очень сложный вопрос, на который нет однозначного ответа. При этом из опыта совершенно ясно, что интернет невероятно устойчив к помехам. Согласитесь: если ваш сервер и сервер получателя исправны, то информация всегда проходит через сеть безо всяких проблем.

Эта глава о том, как мы можем хотя бы частично понять и объяснить удивительную надежность интернета.

Сети и помехи

Начнем с простого примера. Допустим, наш интернет состоит всего из трех компьютеров, которые соединены друг с другом как на рис. 4.1. Если все три канала связи работают, нет никаких проблем: все три компьютера могут обмениваться информацией.

Рис. 4.1 Мини-интернет из трех компьютеров, соединенных каналами связи. Все три канала работают, все три компьютера могут обмениваться информацией.

Теперь допустим, что в одном из каналов связи возникли помехи и передать по нему в данный момент ничего нельзя. Мы изобразили эту ситуацию на рис. 4.2. Сразу видно, что наш мини-интернет не распался. Несмотря на то что прямая связь между компьютерами 1 и 2 утеряна, они по-прежнему могут передавать друг другу информацию через компьютер 3. Заметит ли пользователь неполадку в канале? Скорее всего, нет. Поскольку сигнал идет со скоростью света, нет никакой разницы в скорости доставки информации — пойдет ли сигнал напрямую из Москвы в Нижний Новгород или даст кругаля через Сидней или Нью-Йорк.

Рис. 4.2 Мини-интернет из трех компьютеров. Хотя канал связи между компьютерами 1 и 2 недоступен, они по-прежнему могут обмениваться информацией через компьютер 3.

Чтобы развалить нашу маленькую сеть, нужно вывести из строя как минимум два, а то и все три канала связи, как показано на рис. 4.3.

Рис. 4.3 Мини-интернет из трех компьютеров. Сверху: вышли из строя два канала связи, компьютер 1 оказался отрезанным от сети. Снизу: вышли из строя все три канала связи, связь между компьютерами полностью прервана

Насколько устойчива наша мини-сеть? Сосчитать это совсем нетрудно. Допустим, помехи в отдельных каналах связи возникают независимо друг от друга с какой-то вероятностью, скажем 40%. На практике это означает, что в среднем в четырех из десяти случаев канал оказывается недоступным. Сорок процентов — многовато для реального интернета, но для примера подойдет.

Компьютер 1 может оказаться отрезанным от сети, как на рис. 4.3 сверху с вероятностью 0,4 × 0,4 × 0,6 = 0,096(×100%) = 9,6%. В аналогичную ситуацию могут попасть компьютеры 2 и 3 с той же долей вероятности. Наконец, надо добавить вероятность самой плохой ситуации, как на рис. 4.3 снизу, которая равна 0,4 × 0,4 × 0,4 = 0,064(×100%) = 6,4%. В результате получается, что наша сеть «развалится» с вероятностью 3 × 9,6% + 6,4% = 35,2%.

Конечно, 35,2% — довольно много, но мы взяли нереально большую вероятность помех. Самое интересное, что вероятность потери связи в сети меньше, чем вероятность потери связи в одном канале: 35,2% меньше, чем 40%. Сеть более устойчива, чем отдельно взятый канал!

Даже из нашего мини-примера понятно, откуда берется устойчивость сети. В сети компьютеры могут связаться друг с другом не одним, а несколькими способами, через другие компьютеры. Если один канал недоступен, можно найти альтернативный маршрут. Более того, этот эффект заметно усиливается при меньшей вероятности помех. Для примера мы приводим несколько результатов в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Вероятности потери связи в мини-сети (правая колонка) при заданной вероятности потери связи в одном канале (левая колонка)

Мы видим, что значения в правой колонке убывают гораздо быстрее, чем в левой. Если вероятность недоступности канала 1% — величина вполне реальная на практике, — то наша скромная мини-сеть в 33 раза устойчивее, чем отдельный канал связи!

Конечно, наш мини-интернет очень далек от реальности. Что, если у нас не три компьютера, а целая сеть из десятков, сотен, тысяч машин? Скорость света по-прежнему позволит передавать информацию не напрямую, а по длинным цепочкам. Однако подсчет вероятностей значительно затруднится.

И вот тут опять понадобится математика! Задачи об устойчивости больших сетей требуют глубоких концепций и новых моделей на стыке комбинаторики и теории вероятностей. К счастью, необязательно вникать в длинные доказательства, чтобы понять основные идеи. […]

Схематическая карта интернета. 22 ноября 2003 года © The Opte Project

Случайные графы

Пол Эрдеш (1913–1996) — очень необычная фигура в математике. Он написал около 1500 статей с 509 соавторами.

Практически вся его собственность умещалась в один чемодан. Деньги его совсем не интересовали. Он жил в дороге, ездил с одной конференции на другую или останавливался у коллег. Рассказывают, что он появлялся на пороге и говорил: «Мой мозг открыт». Затем он работал с хозяевами несколько дней, получал результаты для нескольких статей и ехал дальше, в следующий дом и к другим задачам.

Его соавтор Фэн Чжун написала в своих воспоминаниях: «Все 83 года своей жизни он был абсолютно верен себе. Его не соблазняли посты и деньги. Большинство из нас окружили себя множеством земных благ и обязательств. Каждая встреча с ним напоминала мне, что это все-таки возможно, вот так идти за своей мечтой, не обращая никакого внимания на мелочи жизни. Именно по этому качеству дяди Пола я скучаю больше всего».

В математике, как в искусстве или моде, есть индивидуальные стили и вкусы. Соавторы Эрдеша рассказывают, что ему удавалось найти задачи, подходящие именно для них. Так хорошо он понимал своих соавторов и столько разных задач у него было в запасе! Результаты Эрдеша — разнообразные и в огромном количестве — сильно повлияли на современную науку.

Среди математиков есть понятие число Эрдеша. Это количество соавторов, которые отделяют математика от Эрдеша. У соавторов Эрдеша число Эрдеша равно 1. У их соавторов, которые с Эрдешем не работали, число Эрдеша — 2. И так далее. Самое распространенное значение — 5, и очень редко у кого из математиков число Эрдеша равно 8 или больше.

У одного из нас число Эрдеша 3, а у другого 2. Мы оба работаем со случайными графами и вносим свой посильный вклад в решение пока нерешенных проблем.

Математическая теория, которая, в частности, позволяет ответить на вопрос об устойчивости больших сетей, возникла на рубеже 50–60-х годов XX века. Ее авторами стали два замечательных венгерских математика Пол Эрдеш и Альфред Реньи.

Эрдеш — настоящий классик современной комбинаторики, теории чисел, теории вероятностей. Он написал более полутора тысяч статей, решил множество проблем и еще больше поставил задач, которые определили пути развития науки на долгие годы. Реньи — выдающийся венгерский специалист по теории вероятностей. Его именем назван математический институт в Будапеште, подобно тому как математический институт в Москве носит имя Владимира Андреевича Стеклова.

Теория, основы которой заложили Эрдеш и Реньи, называется теорией случайных графов. А математическая модель, рассмотренная в их первых работах, носит имя случайный граф Эрдеша — Реньи. Конечно, эти графы не имеют ничего общего с князьями и баронами. Слово «граф» в данном случае имеет то же происхождение, что и слово «график», хорошо известное со школы. Граф — это просто рисунок.

Например, нашу мини-сеть из предыдущего раздела очень легко представить в виде графа. Мы это сделали на рис. 4.4 слева. Сеть изображена в виде трех узлов (компьютеров), которые соединены линиями (каналами связи). В математике узлы называются вершинами графа, а линии между ними — ребрами. Чтобы не затруднять восприятие абстрактными терминами, мы в основном будем пользоваться более интуитивными терминами «узлы» и «линии». […] Естественно, узлов у графа может быть и тысяча, и миллион, и миллиард…

Теория графов — это классическая область математики с огромным количеством приложений. В виде графа можно представить систему железных дорог, газопровод, последовательность операций на крупном производстве или слов в русской речи и многое другое.

У случайных графов есть еще одна особенность. Нам неизвестно заранее, какие узлы связаны линией, а какие — нет. Линии между узлами могут существовать или нет с определенной вероятностью. Именно эту ситуацию мы обсуждали в примере с мини-сетью. При наличии помех канал связи становится недоступным, линия между узлами исчезает.

Рис. 4.5 Слева: мини-сеть в виде графа; каналы 1-2 и 1-3 недоступны; граф несвязный, из вершины 1 нельзя попасть в вершины 2 и 3. Справа: социальная сеть в виде графа; пользователь 1 незнаком с пользователями 5 и 6; граф несвязный; нет цепочки знакомых между пользователями 5, 6 и остальными

Случайный граф — естественная модель во многих ситуациях. Например, дружба в социальных сетях возникает непредсказуемым образом. В телекоммуникациях или электрических сетях на линиях связи могут случаться сбои. Если попытаться смоделировать нейронную сеть мозга, то взаимодействия нейронов можно выявить только с определенной вероятностью.

В последнее время в связи с развитием интернета и социальных сетей и небывалой доступностью данных во всех областях — от энергоснабжения до биологии — интерес к теории случайных графов особенно вырос. Новые, очень сложные результаты появляются почти каждый день.

Что же говорит теория случайных графов об устойчивости сети?

Результат Эрдеша — Реньи

В связи с устойчивостью интернета нас интересует вопрос о связности случайного графа. Граф называется связным, если между двумя любыми его вершинами можно пройти по цепочке ребер, то есть все узлы связаны друг с другом. Оба графа на рис. 4.4 — связные. На рис. 4.5 мы сделали их несвязными, удалив по два ребра.

Эрдеш и Реньи задались вопросом: при какой вероятности помех сеть заданного размера остается связной? Результат получился поразительным! Оказывается, в больших сетях связность сохраняется даже при повышенной вероятности помех.

Например, возьмем сеть из 100 связанных между собой компьютеров. Получается, что каждый отдельный канал может быть недоступен с вероятностью аж 86%, тем не менее сеть останется связной с вероятностью как минимум… 99%! Эта ситуация изображена на рис. 4.6: 86% из всех возможных линий отсутствует, однако сразу видно, что из любого узла можно добраться до любого другого.

А сеть из 1000 узлов — это и вовсе нечто фантастическое. Канал связи может быть недоступен с вероятностью 98%, а связность сохраняется с вероятностью 99,9%! Чем больше сеть, тем сильнее результат.

В табл. 4.2 мы приводим результаты для сетей разных размеров. Легко заметить, что число в самой правой колонке не что иное, как

Рис. 4.5 Слева: мини-сеть в виде графа; каналы 1-2 и 1-3 недоступны; граф несвязный, из вершины 1 нельзя попасть в вершины 2 и 3. Справа: социальная сеть в виде графа; пользователь 1 незнаком с пользователями 5 и 6; граф несвязный; нет цепочки знакомых между пользователями 5, 6 и остальными

Таблица 4.2 Результат Эрдеша—Реньи

Рис. 4.6 Сеть из 100 компьютеров в виде графа. Вероятность недоступности канала 86%

[…] Для многих приложений важно умение работать с сетями, в которых изначально присутствуют не все возможные связи. Например, таковы сети автомобильных дорог, социальные сети и тот же интернет.

Надежность сети, по сути, и есть та вероятность уничтожения отдельной связи в ней, начиная с которой общая связность маловероятна. Для описанной выше ситуации надежность исключительно высока, и это строго доказанный результат.

Фазовый переход

На самом деле теорема Эрдеша — Реньи несколько точнее и еще удивительнее, чем мы описали в предыдущем разделе. Эта теорема выявила интересное явление, которое физики называют фазовым переходом. Фазовый переход — это резкий скачок от одного состояния системы к совершенно другому.

Самый знаменитый фазовый переход — изменение состояния воды в зависимости от температуры. При 0° Цельсия вода превращается в лед, а при 100° — в пар. 0° и 100° — критические значения, при которых состояние резко меняется.

Нечто похожее происходит и с вероятностью связности сети, если изменять вероятность недоступности каналов. Оказывается, надежность сети меняется не постепенно, а очень резко. Если вероятность помехи меньше критического значения, то с подавляющей вероятностью связность сохраняется. Но стоит хотя бы немного пересечь критическую черту — и сеть почти наверняка распадется.

На рис. 4.7 показан пример сети из 100 компьютеров. Согласно результатам Эрдеша — Реньи, критическая вероятность помех в такой сети равна 95,4%. Слева вероятность помехи 95%, то есть меньше критического значения. Как видите, связность сети сохранилась. Мы неоднократно повторили эксперимент, но получить несвязную сеть нам так и не удалось. На рисунке справа вероятность помехи 96%. И что же? Одна точка оторвалась от сети, связность потеряна. Опять же как мы ни старались повторить эксперимент, связной сети мы не получили ни разу. Результат впечатляет тем, насколько тонкой оказывается грань между связностью и несвязностью!

Рис. 4.7 Сеть из 100 компьютеров в виде графа. Слева: вероятность недоступности канала 95%; связность сохраняется. Справа: вероятность недоступности канала 96%; связность нарушена

Если вероятность помех в точности равна критической, то произойдет примерно то же самое, что и с водой и снегом при нуле градусов: может получиться и так и эдак. В нашем случае вероятность сохранения связности приблизительно составит 36,79%. […]

Таблица 4.3 Результат Эрдеша—Реньи: критическая вероятность помех. Если вероятность меньше критической, связность сети сохраняется, а если больше — разрушается

Подобные фазовые переходы типичны для теории случайных графов. Эти результаты самые интересные, потому что многое говорят о природе сетей на практике. Состояние сети — это, как правило, две крайности. Социальная сеть либо становится популярной, либо умирает. Компьютерный вирус распространяется с огромной скоростью и размахом или сходит на нет в самом начале. И реальность, и математика подтверждают: среднего не дано. К сожалению, нам далеко не всегда известны критические значения и главное мы не знаем каким образом удержаться по правильную сторону от фазового перехода.

Как доказывается результат Эрдеша — Реньи

* В приложении авторы приводят идею доказательства результата Эрдеша — Реньи в более точной математической формулировке. Подробно это доказательство рассматривается в книге Андрея Райгородскиого «Модели случайных графов».

Глубокие математические доказательства часто строятся на очень простых интуитивных идеях. Результат Эрдеша — Реньи — блестящий пример данной закономерности*.

Математики заметили, что наиболее вероятный способ разрушить связность сети — отрезать один узел от всех каналов связи. Группу узлов отрезать гораздо труднее, потому что число каналов, которые связывают ее и остальную часть сети, относительно большое. Маловероятно, что все эти каналы недоступны. Тогда изначально сложный вопрос: С какой вероятностью разрушится связность сети? сводится к гораздо более простому вопросу: С какой вероятностью хотя бы один из узлов потеряет все свои каналы связи?

Чтобы доказать, что эти вероятности приблизительно равны, понадобятся длинные и нетривиальные математические выкладки. Но доказать это можно, и усилия оправдываются, потому что второй вопрос гораздо проще первого.

Например, если у нас 100 узлов и вероятность помехи 0,96, то каждый узел может оказаться оторванным от всех 99 других узлов с вероятностью

Это очень специфическое выражение: число, близкое к единице, возведенное в большую степень. Такие выражения хорошо известны в математике и относятся к так называемым замечательным пределам, из которых, по сути дела, и следует результат.

Схематическая карта интернета. 11 июля 2015 года © The Opte Project

Что мы знаем и чего не знаем о надежности интернета

Результаты Эрдеша — Реньи полностью не решают проблемы устойчивости интернета. Их модель не очень похожа на реальный интернет. Например, в модели Эрдеша — Реньи число линий у разных узлов обычно близко к среднему. В интернете же разброс между серверами очень большой. У одних серверов сотни каналов связи, а у других — всего два-три.

В 2000 году журнал Nature опубликовал статью «Устойчивость к помехам и атакам в больших сетях». Авторы-физики, в том числе и весьма влиятельный и знаменитый ученый Ласло Барабаши, взяли данные небольшой части интернета и с помощью компьютерных экспериментов решили посмотреть, что произойдет, если по одному выводить из строя серверы.

Результаты получились нетривиальные. Если серверы выходят из строя случайным образом, например из-за помех, то связность сети долго сохраняется. Но если целенаправленно вывести из строя несколько серверов с самым большим количеством каналов связи, то сеть быстро распадется. Вывод звучал сенсационно: интернет надежный и в то же время довольно хрупкий. Он устойчив к помехам, но чувствителен к атакам!

Эта работа быстро приобрела широкую известность. Только инженеры, работающие в этой сфере, с недоумением пожимали плечами: «Не может быть, наши сети очень надежные!» Результаты Барабаши и соавторов вызвали волну критики, особенно резкая критика прозвучала в вышедшей в 2005 году статье специалистов по телекоммуникациям.

Одним из главных аргументов критиков было то, что в интернете ключевыми являются не многоканальные серверы, а те, через которые проходит наибольшее количество информационного трафика. В интернете у некоторых серверов действительно много каналов связи, но зачастую эти серверы находятся на периферии. За трафик в основном отвечает плотная сеть узлов посередине — опорная сеть. Интуитивно понятно, что для того чтобы разрушить столь густую сеть маршрутов, нужно вывести из строя большое количество серверов. Скорее всего, в ближайшем будущем интернет не развалится!

Благодаря широкому взгляду физиков и специализированному анализу информатиков и инженеров мы знаем достаточно много об устойчивости интернета. Но вопрос пока не закрыт.

В идеале нам нужна строгая математическая модель, включающая в себя основные свойства интернета. И для этой модели необходимы результаты типа Эрдеша — Реньи, показывающие, что произойдет, если вывести из строя те или иные серверы или каналы связи. Только тогда у нас будут однозначно правильные, строго доказанные результаты. Продвижение в этих направлениях есть, но до точных ответов пока далеко. Работа продолжается.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках. Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.

Как подключен Интернет? [Инфографика]

Интернет — одно из самых невероятных изобретений человечества. То, что начиналось как небольшая сеть соседних компьютерных серверов, обменивающихся информацией, превратилось во всемирный феномен, изменивший нашу повседневную жизнь.

На данном этапе истории человечества Интернет является средством коммуникации во всей красе.

Он может отправлять данные и доставлять данные на одно устройство со скоростью 2 ГБ в секунду.

Интернет — как это все работает? И не только языки программирования или машины.

Какова физическая структура Интернета? Что делает его «Интернетом»? Интересно, что «Интернет» не является единым объектом. Это глобальное разрастание устройств, соединений и кабелей, которые постоянно запрашивают, передают и получают данные.

По состоянию на 2015 год Интернетом пользуются около 3,2 миллиарда человек. Это почти половина населения планеты. Чтобы поддерживать вес 3,2 миллиарда людей, нуждающихся в данных, Интернет должен использовать надежную, надежную и оптимизированную систему для передачи данных.

Как данные перемещаются через Интернет

Всякий раз, когда вы передаете данные через Интернет, эта информация не может просто  идти куда-то. Вместо этого его нужно разобрать, направить и собрать заново. Допустим, вы разговариваете с другом в программе обмена мгновенными сообщениями.

Вы и ваш друг взаимодействуете с самим приложением, и вы видите результаты передачи ваших данных. Но за те полсекунды, которые требуются, чтобы доставить сообщение другу, за кулисами происходит очень много  .Во-первых, данные, которые вы отправляете, разбиваются на «пакеты» или небольшие файлы данных, которые перемещаются со скоростью, примерно равной двум третям скорости света, или 122 946 миль в секунду.

(Это не означает, что данные передаются так быстро — полоса пропускания, трафик и другие факторы могут увеличить задержку. Полоса пропускания — это количество данных, которое может пройти по кабелю, трафик — это количество других пакетов данных, передаваемых по кабелю, и т. д.)

Затем ваш маршрутизатор использует протокол управления передачей (TCP) для направления ваших пакетов к месту назначения.Но есть одна проблема — TCP на самом деле плохо справляется с отправкой  пакетов.

Он может написать адрес на конверте, но не может доставить конверт. Вот почему ваш модем использует интернет-протокол (IP) для отправки ваших пакетов. Другими словами, если бы TCP и IP работали в офисном здании, TCP сортировал бы почту в комнате доставки, а IP доставлял бы ее по всему зданию.

Благодаря совместной работе этих двух протоколов ваши пакеты наконец-то смогут проходить через Интернет.После вашего модема пакеты идут к вашему местному интернет-провайдеру, который направляет их вашему провайдеру дальней связи. Затем ваши пакеты проходят через протокол пограничного шлюза к набору огромных концентраторов обмена данными (о которых мы поговорим позже).

Затем пакеты отправляются провайдеру дальней связи пункта назначения и местному интернет-провайдеру. Ваши пакеты также проходят через модем и маршрутизатор места назначения перед сборкой. После повторной сборки отправленная вами информация, наконец, поступает на целевое устройство, и ваш друг может увидеть ваше сообщение.

Это не совсем тот маршрут, которым следуют ваши данные каждый раз, когда вы пользуетесь Интернетом — это всего лишь одна из множества других возможностей. Дело в том, что независимо от того, насколько быстро вы можете просматривать информацию в Интернете, у этих данных есть долгий путь.

Интернет-система доменных имен (DNS)

Интернет-система доменных имен (DNS) — это способ навигации в Интернете практически для всех. DNS связывает IP-адреса с определенными именами. Это позволяет вам ввести «webfx.com», чтобы найти наш сайт вместо 104.27.151.227. (И мы можем быть предвзятыми, но мы думаем, что «WebFX» немного легче запомнить, чем 104.27.151.227.) Но для работы DNS нужна собственная инфраструктура — он не может просто существовать , потому что мы хотим использовать доменные имена.

В результате у DNS есть сотни различных серверов, которые расширяют возможности доменов по всему миру. Эти серверы неравномерно разделены на 13 «зональных органов», которые обслуживают глобальный, локальный трафик, трафик IPv4 и/или IPv6.

Глобальный трафик предназначен для запросов, которым требуются данные с большого расстояния.Местный трафик для запросов поблизости. Серверы, использующие IPv4, обслуживают веб-сайты «текущего поколения», которые были зарегистрированы до появления IPv6. IPv6 — это «следующее поколение» IP-адресов веб-сайтов, которое позволяет использовать больше числовых комбинаций и, как следствие, большее количество веб-сайтов. (IPv6 был создан исключительно для обслуживания растущего числа веб-сайтов в Интернете.) Но кому вообще принадлежат эти 13 «зональных властей»? Какие люди или организации отвечают за передачу данных в Интернете?

Во-первых, VeriSign, Inc.VeriSign — это компания, объединяющая доменное имя и интернет-безопасность, базирующаяся в Вирджинии. Это единственная организация, которая владеет двухзонными  центрами доступа  , но им не принадлежит большинство расположений серверов.

Во-вторых, есть Институт информационных наук Университета Южной Калифорнии (ISI). USC находится в Лос-Анджелесе и владеет наименьшим количеством серверов. Cogent Communications владеет восемью офисами по всему миру.

Базирующаяся в Вашингтоне, округ Колумбия, компания Cogent использует исключительно серверы IPv6, как и два предыдущих владельца.Кроме того, Университету Мэриленда принадлежит почти 100 различных серверных локаций по всему миру из штаб-квартиры в Колледж-Парке. Они также обслуживают веб-сайты IPv4 и комбинируют глобальный/локальный трафик.

Исследовательский центр Эймса НАСА также владеет несколькими серверами, которые обслуживают глобальный/локальный трафик и веб-сайты IPv4  исключительно . Исследовательский центр Эймса базируется в Моффет Филд, штат Калифорния. Консорциум интернет-систем в Редвуд-Сити, штат Калифорния, является первой некоммерческой организацией в этом списке и владеет 58 местоположениями DNS-серверов, которые обслуживают глобальные/локальные серверы и веб-сайты IPv4/IPv6.

ISC частично отвечает за инфраструктуру Интернета в целом, и это практически все, что они делают изо дня в день. Кроме того, Сетевой информационный центр Министерства обороны США владеет шестью офисами, которые обслуживают только веб-сайты IPv4. Интересно, что Министерство обороны США и НАСА являются единственными двумя владельцами зон DNS, которые обслуживают только IPv4, в то время как владельцы частного сектора, по крайней мере, обслуживают как IPv4, так и IPv6. Подобно Министерству обороны, Исследовательская лаборатория армии США в Адельфи, штат Мэриленд, владеет двумя серверами, которые обслуживают только IPv6.Возвращаясь к частному сектору, Netnod — это независимая некоммерческая организация, которая поддерживает инфраструктуру Интернета, аналогичную ISC. Штаб-квартира Netnod также находится в Стокгольме, Швеция, что делает ее первой неамериканской организацией в этом списке.

Продолжая сотрудничество с международными организациями, Сетевой координационный центр Reseaux IP Europeens управляет почти тремя десятками серверов, которые обслуживают глобальные, локальные, IPv4 и IPv6. RIPE NCC действует как организация интернет-регистрации для Европы, Ближнего Востока и некоторых стран Центральной Азии из офисов в Амстердаме и Дубае.Они также зарегистрированы как некоммерческие. Возвращаясь к Америке, Интернет-корпорация по присвоению имен и номеров – это некоммерческая организация, которая также поддерживает инфраструктуру Интернета.

Они владеют большинством серверов (144), и члены их организации могут обновлять и изменять DNS в соответствии со строгой политикой «владельца ключей».

Наконец, Проект широко интегрированной распределенной среды является важной частью японской интернет-инфраструктуры.Это последняя организация в этом списке, и она контролирует семь серверов по всему миру. Но это всего лишь серверы и расположение серверов.

Чтобы функционировать как Интернет, они должны быть подключены. Первым шагом в этом является прокладка миль за милями волоконно-оптических кабелей.

Кабели, соединяющие мир

Все эти серверы должны быть подключены друг к другу для работы Интернета. А поскольку Земля в основном состоит из воды, это приводит к проблеме как .За последние несколько десятилетий мы — все вместе, как человечество — проложили более полумиллиона миль кабеля по всему мировому океану.

Эти кабели массивные и отвечают за международную передачу данных.

Итак, если вы находитесь в Квебеке и читаете веб-сайт из Йоханнесбурга, это потому, что дно океана усеяно этими толстыми, тяжелыми кабелями. Эти кабели имеют внутри волоконную оптику, которая отвечает за передачу фактических данных.

Но волокна составляют только долю  толщины «подводного кабеля связи».Остальные кабели изготовлены из защитных материалов, как показано на этой диаграмме, любезно предоставленной Wikimedia Commons.

Слои:

  1. MyLar Tape
  2. MyLar Tape
  3. Мларные стальные провода
  4. алюминиевый водный барьер
  5. поликарбонат
  6. медь или алюминиевые трубки
  7. Petroleum Jelly
  8. оптические волокна

Это может показаться сверху связать тонкий пучок оптических волокон вместе с таким количеством другого материала, но эти кабели находятся под водой.Это означает, что они должны оставаться в безопасности от регулярной деградации, невероятно высокого давления и большого количества животных (среди прочих соображений). Но в какой-то момент карта выше устареет.

Организации, ответственные за эти кабели, постоянно ремонтируют их и прокладывают новые, с каждым годом объединяя мир более высокими скоростями Интернета. И по мере того, как будет проложено больше кабелей, все больше людей в мире найдут эти кабели на своих пляжах. На момент публикации в Соединенных Штатах проложено больше кабелей, чем в любой другой стране мира, особенно если учесть и негосударственные территории.

Карта кабельных линий США

Всего на побережье Соединенных Штатов находится 101 кабельная линия. Это вдвое больше, чем в любой другой стране. Многие из этих кабелей соединяют малонаселенные районы, такие как южные части Аляски или островные территории.

Но они также соединяют атлантическое и тихоокеанское побережья континентальной части США, которые являются наиболее населенными районами страны.

Вот почему так много кабелей на восточном побережье, прямо возле (или на) границах Нью-Йорка.В Калифорнии есть цепочка кабелей, которые также соединены вдоль берегов Калифорнии.

Все это имеет смысл, если посмотреть на скорость Интернета, доступную и в этих регионах. Калифорния имеет доступ к скорости 2 ГБ/с, а такие районы, как Делавэр и Массачусетс, могут получить скорость 1 ГБ/с. Это может быть не обязательно , потому что  в этих штатах или рядом с ними есть подводные кабели связи, но это, по крайней мере, интересная корреляция.

Но что еще интереснее, так это точки, которые эти кабели соединяют.

World Internet Exchange Points

Интернет-точки обмена представляют собой огромные узлы данных, которые обрабатывают и направляют пакеты информации. В любую секунду они перемещают гигабайты данных, передавая их по всему миру с высочайшей точностью.

И хотя на приведенной выше карте показаны только 10 стран с наибольшим количеством IEP, существуют сотни других стран, разбросанных по всему миру в Австралии, Японии и других регионах.

Тем не менее, Соединенные Штаты контролируют более чем в два раза больше IEP, чем любая другая страна.Фактически, Бразилия, Россия и Франция вместе взятые — следующие три страны в списке — превзойдут США по количеству IEP. Но это не значит, что в США самые быстрые интернет-соединения в мире.

Это различие принадлежит Южной Корее (для компьютеров) и Вьетнаму (для мобильных устройств).

Крупнейшие группы IEP в мире

IEP объединяются в группы, которые обрабатывают данные Интернета со всего мира. Эти группы действуют под одним названием, но могут располагаться по всему миру.Например, офисы DE-CIX расположены во Франкфурте, Гамбурге, Мюнхене, Нью-Йорке, Дубае, Палермо, Стамбуле и Далласе.

Кроме того, LINX имеет офисы в Лондоне, Эдинбурге и Северной Вирджинии. Кроме того, NL-ix имеет филиалы в десятках городов по всему миру.

Тем не менее, некоторые группы IEP включают города в одной конкретной стране.

IX.br состоит только из городов Бразилии. Остальные региональные. MSK-IX и DATA-IX включают города только Восточной Европы.

И AMS-IX включает только города в Западной Европе.Таким образом, эти точки разбросаны по всему миру, иногда сгруппированные по географическому признаку, а иногда почти случайным образом. Но без них у нас не было бы инфраструктуры для использования Интернета.

Благодаря IEP вы можете просматривать веб-сайты, играть в игры, проверять электронную почту и делать все, что захотите, в Интернете. Без них Интернет просто не мог бы существовать. Впрочем, это только в настоящем.

Будущее Интернета может выглядеть  сильно  другим.

Будущее структуры Интернета

Как и все технологии, Интернет постоянно развивается.Он улучшается с каждым годом, какими бы незаметными ни были улучшения. В то же время Интернет существует достаточно давно, и некоторые люди считают, что пришло время вывести его на новый уровень.

Вот почему некоторые из крупнейших технологических компаний на Земле делают попытку создать Интернет 2.0.

Project Loon от Google

Project Loon

от Google — это всемирная инициатива, возглавляемая Google X. Ее конечной целью является предоставление «Интернета на воздушном шаре для всех» в мире.Google планирует сделать это, создав алгоритм, предсказывающий движение ветра в стратосфере.

В стратосфере ветры наслаиваются друг на друга, двигаясь с разной скоростью и в разных направлениях. Поэтому, если Google хочет переместить воздушный шар куда-нибудь, чтобы получить доступ к Интернету, они могут сказать ему двигаться вверх или вниз, а естественные ветры планеты позаботятся обо всем остальном. Даже для Google это довольно амбициозно.

Атмосферное давление в стратосфере составляет 1% от давления на уровне моря, и практически нет защиты от солнечного ультрафиолета.Кроме того, температура может опускаться до -112 градусов. Но, с другой стороны, стратосфера находится достаточно высоко, чтобы воздушные шары не мешали дикой природе, самолетам и даже погодным условиям.

Согласно веб-сайту Project Loon, Google планирует, чтобы каждый шар «прожил» около 100 дней в стратосфере, прежде чем начать контролируемый спуск обратно на поверхность. Под воздушным шаром пара солнечных панелей будет собирать энергию для питания небольшой коробки с электроникой, в которую входит батарея, обеспечивающая питание воздушных шаров ночью.Другая электроника включает печатные платы, антенны и другие средства связи.

Воздушные шары Google будут совместно использовать полосу пропускания сотовой связи с поставщиками услуг телефонной связи, чтобы люди могли выходить в Интернет на устройствах с поддержкой LTE, как если бы вы пользовались тарифным планом. Google уже опробовал свою инициативу Loon на Южном острове Новой Зеландии, которая в целом увенчалась успехом. Тестирование будет расширяться в ближайшие годы без определенной даты начала эксплуатации.

Дроны Facebook Aquila

Программа Facebook Aquila

названа в честь латинского слова «орел», одной из крупнейших птиц в мире.А когда видишь дроны, становится понятно, почему они выбрали такое название. Размах их крыльев составляет почти 50 ярдов.

Это половина футбольного поля робота. Конечной целью Facebook для своих дронов Aquila является партнерство с интернет-провайдерами, чтобы предлагать интернет-соединения людям в сельской местности. Дрон действует как посредник для сигналов интернет-провайдера и устройств пользователей.

Это позволяет интернет-провайдерам достигать областей, которые иначе недоступны по проводам связи. Неизвестно, сколько будет стоить эта услуга или насколько быстрым будет доступ в Интернет, но это шаг к всемирному интернет-сервису.

Спутники SpaceX

SpaceX также пытается подключить мир к Интернету

 с помощью спутников, которые способны предоставлять быстрые и доступные интернет-услуги в развивающихся или отдаленных районах. Сейчас мало что известно о спутниках SpaceX, но их испытания должны начаться в этом году. Имея это в виду, мы, вероятно, узнаем больше, как только они запустят что-то на орбиту, в том числе о том, работает ли это.

Спутники OneWeb

OneWeb

 вероятно, компания, которая продвинулась дальше всех со своими интернет-планами следующего поколения.Доктор Пол Э.

Джейкобс из Qualcomm Incorporated возглавляет OneWeb с обширным советом директоров, в который входят Ричард Брэнсон из Virgin и Томас Эндерс из Airbus. Цель OneWeb — обеспечить надежный доступ в Интернет в местах, где происходят стихийные бедствия и другие чрезвычайные ситуации. Они также хотят соединить сельские и слаборазвитые районы, а , может быть, , даже направить широкополосный Интернет в самолеты в полете.

«Созвездие» спутников OneWeb будет состоять из небольших, дешевых и простых в производстве микроспутников — по крайней мере, по сравнению с обычными спутниками.Идея состоит в том, что одновременно в воздухе будет так много спутников, что весь мир будет иметь доступ в Интернет. Благодаря разнообразному кругу высококлассных инвесторов, таких как Coca-Cola, Virgin, Airbus, Hughes и Qualcomm, OneWeb также имеет достаточно капитала для достижения своих целей.

Компания OneWeb настолько продвинута и уверена в своих возможностях, что, по их оценкам, может предлагать услуги — не тестирование, а полноценный Интернет-сервис — начиная с 2019 года.

Интернет и вы

вместе, не исследуя его сначала.Если вы хотите увидеть наши данные из первых рук, вы можете проверить это здесь. Вы интересуетесь всем, что связано с Интернетом?

Узнайте, в какой стране самый быстрый доступ в Интернет во всем мире!

Как работает Интернет?. TLDR: Маршрутизаторы перемещают пакеты в соответствии с… | Стивен Ли

TLDR: маршрутизаторы, перемещающие пакеты в соответствии с различными протоколами

Визуализация Интернета. Источник: www.neondystopia.com

Как работает Интернет?

Интернет работает через сеть маршрутизации пакетов в соответствии с Интернет-протоколом (IP) , Протоколом управления транспортом (TCP) и другими протоколами.

Что такое протокол?

Протокол — это набор правил, определяющих, как компьютеры должны взаимодействовать друг с другом по сети. Например, в протоколе управления транспортировкой есть правило, согласно которому, если один компьютер отправляет данные на другой компьютер, конечный компьютер должен сообщить исходному компьютеру об отсутствии каких-либо данных, чтобы исходный компьютер мог повторно отправить их. Или Интернет-протокол , который определяет, как компьютеры должны направлять информацию на другие компьютеры, добавляя адреса к отправляемым данным.

Что такое пакет?

Данные, отправленные через Интернет, называются сообщением . Перед отправкой сообщения оно сначала разбивается на множество фрагментов, называемых пакетами . Эти пакетов отправляются независимо друг от друга. Типичный максимальный размер пакета составляет от 1000 до 3000 символов. Интернет-протокол определяет, как сообщения должны быть упакованы.

Что такое сеть маршрутизации пакетов?

Это сеть, которая направляет пакетов от исходного компьютера к целевому компьютеру.Интернет состоит из огромной сети специализированных компьютеров, называемых маршрутизаторами . Задача каждого маршрутизатора состоит в том, чтобы знать, как переместить пакетов от их источника к месту назначения. Пакет пройдет через несколько маршрутизаторов во время своего пути.

Когда пакет перемещается от одного маршрутизатора к другому, это называется переходом . Вы можете использовать инструмент командной строки traceroute , чтобы увидеть список переходов между вами и хостом.

Утилита командной строки traceroute, показывающая все переходы между моим компьютером и серверами Google. метаданные. Интернет-протокол также определяет, как маршрутизаторы должны пересылать пакеты на основе адреса в заголовке .

Откуда взялись эти интернет-маршрутизаторы? Кто ими владеет?

Эти маршрутизаторы возникли в 1960-х годах как ARPANET , военный проект, целью которого была децентрализованная компьютерная сеть, чтобы правительство могло получить доступ и распространять информацию в случае катастрофического события. С тех пор несколько корпораций из Интернет-провайдеров (ISP) добавили маршрутизаторов к этим маршрутизаторам ARPANET .

У этих интернет-маршрутизаторов нет единого владельца, а скорее несколько владельцев: правительственные учреждения и университеты, связанные с ARPANET в первые дни, и ISP корпорации, такие как AT&T и Verizon позже.

Спрашивать, кому принадлежит Интернет, все равно что спрашивать, кому принадлежат все телефонные линии. Ни одна сущность не владеет ими всеми; многие разные сущности владеют их частями.

Всегда ли пакеты приходят по порядку? Если нет, то как повторно собирается сообщение?

Пакеты могут прибыть к месту назначения не по порядку.Это происходит, когда более поздний пакет находит более быстрый путь к месту назначения, чем более ранний. Но заголовок пакета содержит информацию о порядке пакета относительно всего сообщения . Протокол управления транспортировкой использует эту информацию для восстановления сообщения в пункте назначения.

Всегда ли пакеты доходят до места назначения?

Интернет-протокол не гарантирует, что пакеты всегда будут приходить к месту назначения.Когда это происходит, это называется потерей пакетов . Обычно это происходит, когда маршрутизатор получает больше пакетов , которые он может обработать. У него нет другого выбора, кроме как отбросить несколько пакетов .

Однако Протокол управления транспортировкой обрабатывает потерю пакетов , выполняя повторные передачи. Это достигается за счет того, что компьютер назначения периодически отправляет пакеты подтверждения обратно на исходный компьютер, указывая, какую часть сообщения он получил и реконструировал.Если компьютер назначения обнаруживает отсутствие пакетов , он отправляет запрос на исходный компьютер с просьбой повторно отправить недостающие пакетов .

Когда два компьютера обмениваются данными через протокол управления транспортом, , мы говорим, что между ними существует TCP-соединение .

Как выглядят эти интернет-адреса?

Эти адресов называются IP-адресами и существуют два стандарта.

Первый стандарт адресов называется IPv4 и выглядит как 212.78.1.25 . Но поскольку IPv4 поддерживает только 2³² (около 4 миллиардов) возможных адресов, Internet Task Force предложила новый стандарт адресов под названием IPv6 , который выглядит как 3ffe:1893:3452:4:345:f345:f345: 42fc . IPv6 поддерживает 2¹²⁸ возможных адресов, что позволяет подключать к сети гораздо больше устройств, что будет намного больше, чем по состоянию на 2017 год, в настоящее время насчитывается более 8 миллиардов сетевых устройств в Интернете.

Таким образом, между адресами IPv4 и IPv6 существует однозначное соответствие. Обратите внимание, что переход с IPv4 на IPv6 все еще выполняется и займет много времени. По состоянию на 2014 год Google сообщил, что их трафик IPv6 составлял всего 3%.

Как может быть более 8 миллиардов подключенных к сети устройств в Интернете, если существует всего около 4 миллиардов адресов IPv4?

Это потому, что существует общедоступных и частных IP-адресов. Несколько устройств в локальной сети, подключенных к Интернету, будут использовать один и тот же общедоступный IP-адрес . В локальной сети эти устройства отличаются друг от друга частными IP-адресами , обычно в форме 192.168.xx или 172.16.xx или 10.xxx , где x — число от 1 до 255. Эти частных IP-адресов назначаются протоколом динамической конфигурации хоста (DHCP) .

Например, если ноутбук и смартфон в одной и той же локальной сети отправляют запрос на www.google.com, прежде чем пакетов покинут модем, модем изменяет заголовки пакетов и назначает один из своих порты на этот пакет . Когда сервер Google отвечает на запросы, он отправляет данные обратно на модем через этот конкретный порт, поэтому модем будет знать, направлять ли пакеты на ноутбук или смартфон.

В этом смысле IP-адреса относятся не к компьютеру, а скорее к соединению, с помощью которого компьютер подключается к Интернету.Уникальный адрес вашего компьютера — это MAC-адрес , который никогда не меняется на протяжении всего срока службы компьютера.

Этот протокол сопоставления частных IP-адресов с общедоступными IP адресами называется протоколом преобразования сетевых адресов (NAT). Это то, что позволяет поддерживать более 8 миллиардов сетевых устройств всего с 4 миллиардами возможных IPv4 адресов.

Как маршрутизатор узнает, куда отправить пакет? Нужно ли ему знать, где находятся все IP-адреса в Интернете?

Каждому маршрутизатору не нужно знать, где находится каждый IP-адрес .Ему нужно только знать, к какому из его соседей, называемому исходящим каналом , следует направлять каждый пакет. Обратите внимание, что IP-адресов можно разбить на две части: сетевой префикс и идентификатор хоста . Например, 129.42.13.69 можно разбить на

 Сетевой префикс: 129.42 
Идентификатор хоста: 13.69

Все сетевые устройства, которые подключаются к Интернету через одно соединение (например, кампус колледжа, предприятие или интернет-провайдер в агломерация) будут использовать один и тот же сетевой префикс .

Маршрутизаторы будут отправлять все пакеты вида 129.42.*.* в одно и то же место. Таким образом, вместо того, чтобы отслеживать миллиарды IP-адресов , маршрутизаторов должны отслеживать менее миллиона сетевых префиксов .

Но маршрутизатору по-прежнему необходимо знать множество сетевых префиксов. Если в Интернет добавляется новый маршрутизатор, откуда он знает, как обрабатывать пакеты для всех этих сетевых префиксов?

Новый маршрутизатор может иметь несколько предварительно настроенных маршрутов.Но если он встречает пакет , он не знает, как маршрутизировать, он запрашивает один из соседних маршрутизаторов . Если сосед знает, как направить пакет , он отправляет эту информацию обратно запрашивающему маршрутизатору . Запрашивающий маршрутизатор сохранит эту информацию для использования в будущем. Таким образом, новый маршрутизатор создает свою собственную таблицу маршрутизации , базу данных сетевых префиксов исходящих ссылок . Если соседний маршрутизатор не знает, он опрашивает своих соседей и так далее.

Как сетевые компьютеры определяют IP-адреса на основе доменных имен?

Мы называем поиск IP-адреса удобочитаемого доменного имени, такого как www.google.com , «разрешением IP-адреса». Компьютеры разрешают IP-адреса через систему доменных имен ( DNS ), децентрализованную базу данных сопоставлений из доменных имен в IP-адресов .

Для разрешения IP-адреса компьютер сначала проверяет свой локальный DNS-кэш , в котором хранится IP-адрес недавно посещенных веб-сайтов.Если он не может найти IP-адрес там или срок действия записи IP-адреса истек, он запрашивает серверы DNS провайдера , которые предназначены для разрешения IP-адресов. Если DNS-серверы DNS не могут найти разрешение IP-адреса , они запрашивают корневых серверов имен , которые могут разрешать каждое доменное имя для данного домена верхнего уровня . Домены верхнего уровня — это слова справа от крайней правой точки в имени домена. .com .net .org являются некоторыми примерами доменов верхнего уровня .

Как приложения взаимодействуют через Интернет?

Как и многие другие сложные инженерные проекты, Интернет разбит на более мелкие независимые компоненты, которые работают вместе через четко определенные интерфейсы. Эти компоненты называются сетевых уровней Интернета и состоят из канального уровня , интернет-уровня , транспортного уровня и прикладного уровня .Их называют слоями, потому что они строятся друг над другом; каждый уровень использует возможности нижележащих уровней, не беспокоясь о деталях его реализации.

Интернет-приложения работают на прикладном уровне , и им не нужно беспокоиться о деталях нижележащих уровней. Например, приложение подключается к другому приложению в сети через TCP, используя конструкцию, называемую сокетом , которая абстрагируется от сложных деталей маршрутизации пакетов и повторной сборки пакетов в сообщений .

Что делает каждый из этих слоев Интернета?

На самом низком уровне находится канальный уровень , который является «физическим уровнем» Интернета. Канальный уровень связан с передачей битов данных через некоторые физические носители, такие как оптоволоконные кабели или радиосигналы Wi-Fi.

Над канальным уровнем находится Интернет-уровень . Интернет-уровень занимается маршрутизацией пакетов к местам назначения.Интернет-протокол , упомянутый ранее, находится на этом уровне (отсюда и название). Интернет-протокол динамически настраивает и перенаправляет пакетов в зависимости от сетевой нагрузки или сбоев. Обратите внимание, что это не гарантирует, что пакетов всегда дойдут до места назначения, оно просто делает все возможное.

Поверх Интернет-уровня находится Транспортный уровень . Этот уровень предназначен для компенсации того факта, что данные могут быть потеряны на уровнях Internet и Link ниже.Упомянутый ранее протокол управления транспортировкой находится на этом уровне и работает в основном для повторной сборки пакетов в исходные сообщения , а также для повторной передачи пакетов , которые были потеряны.

Прикладной уровень расположен сверху. Этот уровень использует все нижележащие уровни для обработки сложных деталей перемещения пакетов через Интернет. Это позволяет приложениям легко устанавливать соединения с другими приложениями в Интернете с помощью простых абстракций, таких как сокеты.Протокол HTTP, который определяет, как веб-браузеры и веб-серверы должны взаимодействовать, находится на уровне приложений . Протокол IMAP, который указывает, как почтовые клиенты должны получать сообщения электронной почты на уровне приложения . Протокол FTP, который определяет протокол передачи файлов между клиентами, загружающими файлы, и файлообменными серверами, находится на прикладном уровне .

Чем отличается клиент от сервера?

В то время как клиенты и серверы являются приложениями, которые обмениваются данными через Интернет, клиенты «ближе к пользователю» в том смысле, что они больше ориентированы на пользователя, такие как веб-браузеры, почтовые клиенты или приложения для смартфонов. Серверы — это приложения, работающие на удаленном компьютере, с которыми клиент связывается через Интернет, когда это необходимо.

Более формальное определение состоит в том, что приложение, которое инициирует TCP-соединение , является -клиентом , а приложение, которое получает TCP-соединение , является -сервером .

Как обеспечить безопасную передачу конфиденциальных данных, таких как кредитные карты, через Интернет?

На заре Интернета было достаточно, чтобы сеть , маршрутизаторы и каналы связи находились в физически безопасных местах.Но по мере того, как Интернет рос в размерах, чем больше маршрутизаторов, тем больше точек уязвимости. Кроме того, с появлением беспроводных технологий, таких как WiFi, хакеры смогли перехватить пакетов в эфире; было недостаточно просто обеспечить физическую безопасность сетевого оборудования. Решением этой проблемы было шифрование и аутентификация через SSL/TLS .

Что такое SSL/TLS?

SSL означает Secured Sockets Layer. TLS означает Transport Layer Security . SSL был впервые разработан Netscape в 1994 году, но позже была разработана более безопасная версия, переименованная в TLS . Мы будем называть их вместе как SSL/TLS .

SSL/TLS — это дополнительный уровень, который находится между транспортным уровнем и прикладным уровнем . Он обеспечивает безопасную передачу конфиденциальной информации через Интернет посредством шифрования и аутентификации .

Шифрование означает, что клиент может запросить шифрование TCP-соединения с сервером . Это означает, что все сообщений , отправленных между клиентом и сервером , будут зашифрованы, прежде чем разбить их на пакетов . Если хакеры перехватят эти пакетов , они не смогут восстановить исходное сообщение .

Аутентификация означает, что клиент может доверять тому, что сервер является тем, за кого себя выдает.Это защищает от атак «человек посередине», когда злоумышленник перехватывает соединение между клиентом и сервером , чтобы подслушать и изменить их связь.

Мы видим SSL в действии всякий раз, когда посещаем веб-сайты с поддержкой SSL в современных браузерах. Когда браузер запрашивает веб-сайт, используя протокол https вместо http , он сообщает веб-серверу, что ему требуется зашифрованное соединение SSL .Если веб-сервер поддерживает SSL , устанавливается безопасное зашифрованное соединение, и мы увидим значок замка рядом с адресной строкой в ​​браузере.

Веб-сервер medium.com поддерживает SSL. Браузер может подключиться к нему через https, чтобы обеспечить шифрование связи. Браузер также уверен, что общается с настоящим сервером medium.com, а не с посредником.

Как SSL аутентифицирует сервер и шифрует его связь?

Используется асимметричное шифрование , и SSL-сертификаты.

Асимметричное шифрование — это схема шифрования, использующая открытый ключ и закрытый ключ . Эти ключи в основном представляют собой числа, полученные из больших простых чисел. Закрытый ключ используется для расшифровки данных и подписания документов. Открытый ключ используется для шифрования данных и проверки подписанных документов. В отличие от симметричного шифрования , асимметричное шифрование означает, что возможность шифрования не дает автоматически возможность расшифровки.Это достигается с помощью принципов математической области, называемой теорией чисел.

SSL-сертификат — это цифровой документ, состоящий из открытого ключа , назначенного веб-серверу. Эти SSL-сертификаты выдаются серверу центрами сертификации . Операционные системы, мобильные устройства и браузеры поставляются с базой данных примерно центров сертификации , поэтому он может проверять SSL-сертификатов.

Когда клиент запрашивает соединение с шифрованием SSL с сервером , сервер отправляет обратно свой сертификат SSL .Клиент проверяет, что сертификат SSL

  • выдан этому серверу
  • и подписан доверенным центром сертификации
  • , срок действия которого не истек.

Затем клиент использует открытый ключ SSL-сертификата для шифрования случайно сгенерированного временного секретного ключа и отправки его обратно на сервер . Поскольку сервер имеет соответствующий закрытый ключ , он может расшифровать временный секретный ключ клиента .Теперь и клиент , и сервер знают этот временный секретный ключ , поэтому они оба могут использовать его для симметричного шифрования сообщений , которые они отправляют друг другу. Они сбросят этот временный секретный ключ после завершения сеанса.

Что произойдет, если хакер перехватит сеанс, зашифрованный с помощью SSL?

Предположим, хакер перехватил каждое сообщение , отправленное между клиентом и сервером .Хакер видит SSL-сертификат , который отправляет сервер , а также зашифрованный временный секретный ключ клиента . Но поскольку у хакера нет закрытого ключа , он не может расшифровать временный секретный ключ . И поскольку у него нет временного секретного ключа , он не может расшифровать ни одно из сообщений между клиентом и сервером .

Резюме

  • Интернет зародился как ARPANET в 1960-х годах с целью создания децентрализованной компьютерной сети.
  • Физически Интернет представляет собой набор компьютеров, передающих биты друг другу по проводам, кабелям и радиосигналам.
  • Как и многие сложные инженерные проекты, Интернет разбит на несколько уровней, каждый из которых занимается решением лишь небольшой проблемы. Эти слои соединяются друг с другом в четко определенных интерфейсах.
  • Существует множество протоколов, которые определяют, как Интернет и его приложения должны работать на разных уровнях: HTTP, IMAP, SSH, TCP, UDP, IP и т. д.В этом смысле Интернет представляет собой не только набор правил поведения компьютеров и программ, но и физическую сеть компьютеров.
  • С ростом Интернета, появлением WIFI и потребностей электронной коммерции SSL/TLS был разработан для решения проблем безопасности.

Спасибо за внимание. Комментарии/исправления/вопросы приветствуются. Не стесняйтесь оставлять их ниже.

Как компьютеры подключаются через Интернет?

Обновлено: 06.03.2020, автор: Computer Hope

Используя Интернет, компьютеры соединяются и взаимодействуют друг с другом, в основном, используя TCP/IP (Протокол управления передачей/Интернет-протокол).Думайте о TCP/IP как о своде правил, пошаговом руководстве, которое каждый компьютер использует, чтобы узнать, как взаимодействовать с другим компьютером. Эта книга правил диктует, что каждый компьютер должен делать для передачи данных, когда передавать данные и как передавать эти данные. В нем также указано, как получать данные таким же образом. Если правила не соблюдаются, компьютер не может подключаться к другому компьютеру, а также отправлять и получать данные между другими компьютерами.

Для подключения к Интернету и другим компьютерам в сети на компьютере должна быть установлена ​​сетевая карта (сетевая карта).Сетевой кабель, подключенный к сетевой карте на одном конце и подключенный к кабельному модему, модему DSL, маршрутизатору или коммутатору, может позволить компьютеру получить доступ к Интернету и подключиться к другим компьютерам.

Интернет-провайдеры (интернет-провайдеры)

Интернет-провайдеры (интернет-провайдеры), компании, предоставляющие интернет-услуги и возможности подключения, также следуют этим правилам. Интернет-провайдер обеспечивает мост между вашим компьютером и всеми другими компьютерами в мире в Интернете. Интернет-провайдер использует протоколы TCP/IP, чтобы сделать возможными соединения между компьютерами и передавать данные между ними.Интернет-провайдер назначает IP-адрес, который является уникальным адресом, присвоенным вашему компьютеру или сети для связи в Интернете.

Домашняя сеть

Если у вас есть домашняя компьютерная сеть, компьютеры также используют TCP/IP для соединения. Протокол TCP/IP позволяет каждому компьютеру «видеть» другие компьютеры в сети и совместно использовать файлы и принтеры.

Когда компьютеры подключаются к одной сети, она называется локальной сетью или LAN. Когда несколько сетей подключены, это называется глобальной сетью или WAN.В этом типе сети в вашем доме есть сетевой маршрутизатор, который подключается к вашему интернет-провайдеру. Маршрутизатор получает IP-адрес для вашего подключения к Интернету, а затем назначает локальные IP-адреса каждому устройству в вашей сети. Эти локальные адреса часто 192.168.1.2-255. При доступе к локальному компьютеру в вашей сети ваш маршрутизатор отправляет пакеты TCP/IP между локальными IP-адресами. Однако, когда вы хотите подключиться к Интернету, ваш маршрутизатор использует IP-адрес, назначенный провайдером. Ваш IP-адрес не 192.168.x.x, потому что этот IP-адрес назначает провайдер, а не ваш маршрутизатор.

При запросе информации с веб-страницы, такой как Computer Hope, вы вводите URL-адрес, который легко понять и запомнить. Чтобы ваш компьютер мог получить доступ к компьютеру, содержащему страницы, этот URL-адрес должен быть преобразован в IP-адрес, что делается с помощью DNS. Как только DNS преобразует URL-адрес в IP-адрес, маршрутизаторы в Интернете будут знать, как маршрутизировать ваш пакет TCP/IP.

На приведенном ниже рисунке поясняется информация из предыдущих разделов о том, как ваш компьютер взаимодействует с другими пользователями в Интернете.

Компьютеры Windows, macOS и Linux используют протокол TCP/IP для подключения к другим компьютерам в локальной или глобальной сети. Для подключения к локальной или глобальной сети требуется либо проводное, либо беспроводное соединение. Проводное соединение обычно выполняется с помощью сетевого кабеля (сетевой кабель категории 5 или категории 6). Беспроводное соединение (Wi-Fi) использует беспроводную сетевую карту 802.11b, 802.11g или 802.11n. При обоих типах подключения обычно требуется сетевой маршрутизатор для подключения к другим компьютерам. Для подключения к Интернету в вашем доме также требуется либо кабельный модем, либо модем DSL, в зависимости от того, каким интернет-провайдером вы пользуетесь.

Наконечник

См. нашу страницу DNS для получения дополнительной информации о том, как DNS преобразует веб-адрес в IP-адрес.

Передача данных в Интернете – веб-разработка биоинформатики

Далее следует очень качественное, нетехническое обсуждение того, как данные передаются между компьютерами через Интернет через TCP/IP. В следующем разделе мы дадим более точные и технические сведения, а пока давайте рассмотрим некоторые элементарные понятия.

Основное правило передачи данных (файлов, сообщений электронной почты, веб-страниц и т. д.) через Интернет и фактически отличительная черта протоколов TCP/IP, используемых для перемещения данных, заключается в том, что данные никогда не передаются «как таковые». ».Вместо этого перед передачей он делится на так называемые «пакеты». Количество пакетов зависит от размера данных. Для простоты давайте подумаем о передаче текстового файла. Чем больше файл, тем больше пакетов потребуется для «представления» файла.

Рисунок 1-1-1: Представление пакета TCP/IP – Источник: Википедия

Если представить файл в виде поезда, пакеты будут отдельными вагонами. Большой поезд: несколько вагонов, маленький поезд: несколько, может всего один вагон.

Каждый пакет похож на конверт, отправляемый обычной почтой, с фактическими данными, частью исходного файла, внутри.Снаружи у нас есть информация, которая позволит TCP/IP обработать пакет, извлекая и объединяя его внутренние данные с данными из других пакетов из того же файла в правильном порядке, чтобы восстановить файл из его пакетов. Схема пакета TCP/IP показана на рисунке 1-1-1)

Каждый пакет или конверт, если следовать предыдущему примеру, содержит следующую информацию: источник данных (отправитель), пункт назначения данных (получатель), информацию об исходном файле и о положении пакета в этот файл (скажем, пакет 3 из 123 из файла X).С помощью этой информации, как только все пакеты для файла достигнут намеченного места назначения, TCP/IP может использовать их для восстановления исходного файла.

Мы могли бы резюмировать путешествие файла, такого как сообщение электронной почты или веб-страница, с компьютера A на компьютер B следующим образом.

Файл на компьютере A -> Подразделяется на пакеты TCP/IP -> Пакеты перемещаются, по отдельности , к месту назначения -> TCP/IP «перемонтирует» пакеты для воссоздания исходного файла на компьютере B -> Файл в компьютере Б

Вы можете заметить, что на приведенной выше схеме подчеркнут тот факт, что пакеты перемещаются индивидуально.Как мы уже упоминали, пути связи (чаще всего из физических проводов) между компьютером A и компьютером F (рис. 1-1) в Интернете часто избыточны. Кроме того, эти пути часто не являются прямыми (если только A и F не находятся в одной комнате или в одном здании), а скорее содержат число или «реле». То есть для того, чтобы данные перемещались от A к F, они могут быть ретранслированы через B, C и D (рис. 1-1). Физически, на аппаратном уровне, ретрансляторы состоят из маршрутизаторов. Как следует из названия, маршрутизаторы позволяют пакетам находить наилучший маршрут между двумя компьютерами, не принадлежащими к одной сети.Обычно данные передаются через несколько таких маршрутизаторов, прежде чем они достигнут конечного пункта назначения.

Здесь важно понимать, что в любой момент времени (мы говорим о миллисекундах) лучший маршрут между двумя компьютерами может измениться. Маршрутизаторы способны определить в момент отправки конкретного пакета лучший маршрут на данный момент. При отправке следующего пакета наилучший маршрут может быть другим. Таким образом, каждый пакет из одного и того же файла может идти по разным маршрутам, чтобы достичь намеченного пункта назначения.

Во время передачи файлов между двумя компьютерами происходит диалог между программным обеспечением TCP/IP компьютера-отправителя и программным обеспечением TCP/IP компьютера-получателя, направленный на обеспечение успешной передачи файлов. Если, например, пакет отсутствует на принимающей стороне, TCP/IP с этого компьютера отправит сообщение TCP/IP на компьютере-отправителе с запросом на повторную отправку определенного пакета (это особенно верно для протокола TCP — другие протоколы такого UDP работают по-разному).Диалог завершится, когда все пакеты достигнут пункта назначения.

Хотя такая организация пакетов может показаться сложной, она имеет ряд преимуществ по сравнению с гипотетической моделью, основанной на отправке целых нефрагментированных файлов. Во-первых, с моделью «отправить весь файл», если что-то пойдет не так, вам придется начать все сначала. Пропускная способность ограничена, поэтому это было бы крайне неэффективно и загромождало бы сеть. С пакетами, если что-то пойдет не так с пакетом, вам просто нужно повторно отправить этот пакет, а не весь файл.Это хорошо иллюстрирует концепцию «отказоустойчивой» системы. Во-вторых, возможно, отправка небольшого файла может занять очень много времени, если «до него» передается большой файл. Вернемся к изображению поезда, в котором пакеты — это вагоны. Пропускная способность конечна (представьте, что у вас есть только один рельс). Чтобы отправить небольшой однопакетный файл (одновагонный состав), необходимо дождаться, пока не пройдет большой файл (например, 20-вагонный состав). Если вы разбиваете состав из 20 вагонов на отдельные пакеты и отправляете по одному, то поезд из одного пакета имеет все шансы пройти вместе с пакетами поезда из 20 вагонов.

Как это работает сейчас, вы можете загрузить свою электронную почту (50 КБ), пока вы загружаете этот большой видеофайл (700 ГБ). Вам не нужно ждать, пока видео загрузится, прежде чем вы сможете прочитать свою почту. Разве это не здорово?

Это обсуждение тесно связано с концепцией сетевого нейтралитета. В условиях нейтральности все пакеты равны, имеют одинаковые привилегии и одинаковую скорость передачи. В ненейтральной ситуации провайдер может, например, ограничить пропускную способность (или сделать эту пропускную способность более дорогой) для определенных типов пакетов, например, связанных с одноранговым трафиком (обмен файлами между пользователями), или, может быть, те, которые связаны с трафиком VoIP, в коммерческих или других целях.

Давайте копнем дальше в следующем разделе.

Глава Разделы

  • Глава 1: Интернет, сети и TCP/IP

Как работает Wi-Fi? | Britannica

© Writerfantast/iStock.com

Wi-Fi стал неотъемлемой частью нашей стремительной повседневной жизни. Благодаря Wi-Fi нам больше не нужно привязываться к Интернету с помощью кабелей. Но вы когда-нибудь останавливались, чтобы задаться вопросом, как это работает?

Wi-Fi использует радиоволны для передачи информации между вашим устройством и маршрутизатором через частоты.В зависимости от объема отправляемых данных могут использоваться две частоты радиоволн: 2,4 гигагерца и 5 гигагерц. Что это значит? Ну, герц — это просто измерение частоты. Например, допустим, вы сидите на пляже и наблюдаете, как волны разбиваются о берег. Если бы вы измеряли время между каждым ударом волны, вы бы измеряли частоту волн. Один герц — это частота одной волны в секунду. С другой стороны, один гигагерц — это миллиардов волн в секунду.(Слава богу, пляжи не такие, наверное, это не слишком расслабляет.) Чем выше частота, тем больше объем данных, передаваемых в секунду.

Две частоты Wi-Fi разделены на несколько каналов, чтобы предотвратить высокий трафик и помехи. Когда дело доходит до обмена данными по этим каналам, тут-то и происходит волшебство — ну, компьютерная наука. Первый шаг в этом процессе инициируется вами (пользователем). Когда вы выходите в Интернет на своем устройстве, оно преобразует запрошенную вами информацию в двоичный код, язык компьютеров.Все, что делают компьютеры, основано на двоичном коде, последовательности 1 и 0. Когда вы нажимаете на эту статью, ваш запрос преобразуется в кучу 1 и 0. Если вы используете Wi-Fi, эти 1 и 0 преобразуются в частоты волн микросхемой Wi-Fi, встроенной в ваше устройство. Частоты проходят по радиоканалам, упомянутым ранее, и принимаются маршрутизатором Wi-Fi, к которому подключено ваше устройство. Затем маршрутизатор преобразует частоты обратно в двоичный код и переводит код в запрошенный вами интернет-трафик, а маршрутизатор получает эти данные через проводной интернет-кабель.Процесс повторяется до тех пор, пока вы не загрузите эту статью или что-нибудь, что требует Интернета. Все это происходит невероятно быстро; большинство маршрутизаторов работают со скоростью 54 Мбит/с (мегабит в секунду), а это означает, что когда такие маршрутизаторы транслируют и передают двоичные данные, за одну секунду принимается или отправляется 54 миллиона единиц и нулей.

Технологии широкополосной передачи | MBI

Наиболее часто используемые технологии для предоставления услуг широкополосной связи конечным пользователям

Услуги проводной связи:

Услуги, предоставляемые через физическое «проводное» соединение, включая DSL, кабельные и оптоволоконные услуги.

Цифровая абонентская линия (DSL)

Передает данные по уже установленным традиционным медным телефонным линиям в дома и на предприятия, которые ограничены расстоянием, качеством линии и оборудованием. Услуга обычно предоставляется телефонными компаниями, а доступность и скорость услуги зависят от того, насколько далеко ваш дом или офис находится от ближайшей телефонной компании. Услуга распространяется примерно на 18 000 кабельных футов во всех направлениях от центрального офиса (CO) или в определенном направлении от удаленного терминала (RT).Асимметричная DSL, обычно используемая для бытовых услуг, обеспечивает более высокую скорость загрузки, чем скорость загрузки. Симметричный DSL, иногда используемый для бизнес-услуг, обеспечивает одинаковую скорость загрузки и выгрузки. DSL намного быстрее, чем dial-up.

Кабельный модем

Доступ в Интернет, предлагаемый вашей кабельной компанией, который входит в дом вместе с услугой кабельного телевидения. Услуга кабельного модема позволяет кабельным компаниям обеспечивать подключение к Интернету с использованием тех же коаксиальных кабелей, которые передают изображение и звук на ваш телевизор, но для этого требуется специальный кабельный модем, который подключается к настенной розетке и компьютеру или маршрутизатору.С помощью кабельного модема вы можете выйти в интернет, просто включив компьютер, не подключаясь к интернет-провайдеру, и при этом смотреть телевизор. Скорость передачи зависит от типа кабельного модема, кабельной сети и нагрузки трафика. Кабельные услуги могут предлагаться со скоростью, сравнимой со скоростью DSL или оптоволоконных услуг, в зависимости от того, сколько вы готовы платить.

Волокно до дома (FTTH)

Услуги проводной связи, предоставляемые с помощью световых импульсов, передаваемых лазерами по стеклянным или пластиковым волокнам большой емкости, способным передавать различные телекоммуникационные услуги, включая телевидение, телефон и широкополосный доступ.Самый известный домашний сервис такого типа — Verizon FiOS. Скорость широкополосного доступа варьируется в зависимости от факторов, включая используемое оптическое сетевое оборудование и то, как поставщик услуг настраивает услугу. Оптоволокно способно обеспечить очень высокие скорости.

Беспроводные услуги:

Беспроводное широкополосное подключение к Интернету с использованием радиочастотного канала связи между вашим устройством и оборудованием поставщика услуг. Распространенные виды беспроводного широкополосного доступа включают мобильные (3G/4G) беспроводные, фиксированные беспроводные и спутниковые услуги.

Мобильная беспроводная связь

Чаще всего можно получить у операторов мобильной связи. Эти услуги часто лучше всего подходят для высокомобильных клиентов и требуют специальной карты со встроенной антенной, которая подключается к ноутбуку, мобильному телефону или планшету с тарифным планом. Исторически они обеспечивали более низкие скорости, в диапазоне нескольких сотен кбит/с и выше, но теперь предлагают более высокие скорости широкополосного доступа до 10 Мбит/с. Тарифы на беспроводную мобильную связь часто имеют ограничения на объем данных.

Фиксированная беспроводная связь

Услуги беспроводного Интернета доставляются от небольшой антенны, обычно устанавливаемой на высокой точке, например, на здании или башне, к приемнику в доме или офисе абонента.Эта услуга обычно предоставляется поставщиком услуг беспроводного доступа в Интернет или WISP и требует установки оборудования по месту нахождения клиента. В зависимости от расстояния и препятствий клиентское оборудование может находиться в помещении или на улице.

Сателлит

Так же, как спутники предоставляют услуги сотовой связи и телевидения, они также могут обеспечивать широкополосный доступ. Для этого типа широкополосной связи требуется спутниковая антенна со специальным оборудованием для отправки и приема данных на спутник на орбите Земли.Некоторые спутниковые службы способны предлагать широкополосные скорости и становятся быстрее, но обычно имеют строгие ограничения по пропускной способности. Спутник часто является одним из единственных способов получить услуги широкополосного доступа в сельской местности.

Как Интернет связан между странами и континентами? – Слабые решения Wi-Fi

Довольно хорошо известно, как интернет-соединение работает в домах и даже в странах, где распределительная сеть оптоволоконных кабелей доставляет интернет в разные части страны.

Но как разные страны и континенты связаны друг с другом онлайн? Как, например, мы можем отправить электронное письмо кому-то в Австралии или пообщаться в Skype с кем-то в Индии, когда они находятся на другом конце света?

Ответ Современный ответ может немного удивить:

В наше время 99% международного интернет-трафика доставляется не через спутники, а через сложную сеть подводных кабелей, проложенных по дну океана и общей протяженностью в сотни тысяч миль.В настоящее время существует много десятков таких кабелей, соединяющих страны и континенты по всему миру, а новейшие из них могут передавать данные со скоростью 160 терабит в секунду и более.

Спутниковая технология широко использовалась до недавнего времени, но известно, что она является дорогостоящей, а пропускная способность ограничена. Задержка также очень высока в спутниковых технологиях, где данные должны быть отправлены в космос и обратно. Давайте более подробно рассмотрим увлекательную технологию подводных интернет-кабелей.

Рост подводных интернет-кабелей за последнее десятилетие был огромным. Например, в 2006 году на подводные кабели приходилось всего 1% интернет-трафика. Всего за десятилетие этот показатель увеличился до 99%, что свидетельствует о том, насколько эффективны эти кабели.

Они могут передавать гораздо больше данных гораздо быстрее и, в конечном счете, более экономично, чем спутники, даже несмотря на то, что первоначальные затраты на установку этих кабелей очень высоки.

Факты и цифры о подводных интернет-кабелях

Чтобы оценить масштабы использования этих кабелей, давайте взглянем на некоторые статистические данные.

  • По состоянию на начало 2018 года в мире эксплуатировалось 448 таких подводных кабелей общей протяженностью более 1,2 миллиона километров.
  • Они могут проходить на глубине более 8000 метров, что соответствует высоте Эвереста, и соединяют практически все страны и континенты на земле, за исключением Антарктиды.
  • Большинство современных кабелей могут передавать данные со скоростью 60 терабит в секунду, в то время как ультрасовременный кабель Marea длиной 6600 км, соединяющий Америку с Южной Европой, может передавать данные с впечатляющей скоростью 160 терабит в секунду, что эквивалентно 1 миллиону мегабит в секунду.
  • Очевидно, что установка этих кабелей является очень длительным и дорогостоящим процессом. Стоимость каждого из них зависит от длины кабеля и множества других факторов, но можно ожидать, что стоимость легко достигнет сотен миллионов долларов.

Например, новый подводный кабель FASTER протяженностью 9000 км, финансируемый Google, который соединяет Японию с западным побережьем Америки через Орегон, был открыт в 2016 году и стоит около 300 миллионов долларов. Хотя это, без сомнения, огромный счет даже для такого технологического гиганта, как Google, емкость данных 60 терабит в секунду легко оправдывает первоначальные инвестиции в мире, где требования к пропускной способности продолжают расти с каждым днем.

Кабели обычно рассчитаны на 25 лет , но это не высечено на камне; некоторые длятся меньше, а некоторые длятся дольше. Ежегодно планируется и прокладывается больше кабелей; рабочие кабели называются «освещенными», а нерабочие или выведенные из эксплуатации кабели называются «темными».

Глобальная карта подводных кабелей

История подводных кабелей передачи данных

История подводных кабелей для передачи данных насчитывает более 150 лет, начиная с 1850-х годов.Первый подводный трансатлантический кабель был проложен 16 июля 1858 года, но чтобы добраться до этого места, потребовались огромные усилия и множество неудач и неудач.

Человеком, наиболее ответственным за ввод в эксплуатацию подводных кабелей связи, был изобретатель и предприниматель по имени Сайрус Филд.

Впервые он придумал подводные кабели еще в 1840-х годах и был полон решимости создать и внедрить эту технологию. Он неустанно искал покровителей и инвестиции и пережил множество неудач и неудачных попыток проложить кабели.

Без упорства и решимости Филда заставить работать подводные кабели связи мы, возможно, не сможем пользоваться той глобальной структурой связи, которая у нас есть сегодня. Несмотря на многочисленные неудачи и неудачи, он показал, что это возможно, и проложил путь другим для усовершенствования и развития технологии в следующие полтора века.

Благодаря его усилиям и усилиям тех, кто последовал за ним, данные могут быть отправлены из одной части мира практически в любую другую часть мира часто менее чем за секунду. См. здесь отличный документальный фильм о Сайрусе Филде и его неустанных усилиях по проектированию и прокладке подводных кабелей.

Подводные кабели связи могли работать только с азбукой Морзе до 1956 года, когда технология была обновлена, чтобы можно было также отправлять телефонные звонки. Первоначально пропускная способность была очень низкой, с возможностью одновременного приема нескольких десятков телефонных звонков.

В некоторых странах пожилые люди помнят, когда вам приходилось «стоять в очереди», чтобы позвонить за границу из-за ограничений пропускной способности кабелей для передачи данных в то время.

В 1980-х годах были представлены волоконно-оптические кабели, которые позволили увеличить количество телефонных звонков до тысяч. Позже в следующем десятилетии были добавлены бустеры, которые увеличили пропускную способность до миллионов телефонных звонков. Больше не нужно ждать в очереди, чтобы сделать международный звонок!

Процесс прокладки кабелей

Процесс прокладки кабелей долгий и трудоемкий, но, хотя технология значительно изменилась с 1850-х годов, общий метод, используемый для прокладки кабелей, не сильно изменился по сравнению с тем, который использовал Филд в первые дни.Неудивительно, что это очень дорогостоящий и трудоемкий процесс, и его необходимо выполнять тщательно, чтобы избежать повреждения кабеля и экосистемы океана.

Кабели должны быть предварительно подготовлены и погружены на корабль…….

…..а затем осторожно положили на дно океана

Кабели наматываются на несколько больших катушек, которые затем помещаются на корабль и постепенно укладываются на дно океана.Учитывая, что некоторые кабели могут иметь длину в тысячи километров, это кропотливый процесс, требующий большой точности и внимания к деталям, чтобы убедиться, что кабели не зацепятся, не перегнуты или не повреждены иным образом.

Затем их отправляют на корабле в море, а кабель постепенно опускают на дно океана по заранее спланированному маршруту, чтобы свести к минимуму разрыв и риск повреждения кабеля.

В более глубоких частях океана кабель тоньше (около дюйма в ширину) и его можно просто уложить на пол; ближе к берегу и на суше они часто бывают шириной с банку содовой и закапываются немного под землю, чтобы предотвратить вандализм и другие повреждения.

Сами кабели в настоящее время представляют собой сложную многослойную конструкцию с волоконно-оптическими жилами посередине, по которым фактически передаются данные, защищенные от непогоды множеством других слоев кабеля и нефти. Количество волоконно-оптических нитей в середине может варьироваться от 8 до нескольких десятков. В результате пропускная способность кабелей, очевидно, увеличится.

Поломка подводного интернет-кабеля

Различные слои состоят из следующих элементов:

  1. Полиэтилен
  2. Майларовая лента
  3. Многожильные металлические (стальные) провода
  4. Алюминиевый барьер для воды
  5. Поликарбонат
  6. Медная или алюминиевая трубка
  7. Вазелин
  8. Оптические волокна

См. здесь интересную статью о экипаже корабля, выполняющем эту работу.Скорость, с которой может быть проложен кабель, очевидно, будет зависеть от многих факторов, таких как погода, течения, длина и сложность кабеля и маршрута.

В хороший день работающая на этом бригада может рассчитывать на прокладку от 100 до 200 км кабеля. Важно действовать медленным методичным темпом, так как если они попытаются проложить кабель слишком быстро, могут образоваться зацепы и перегибы, для распутывания которых может потребоваться время.

Оказавшись на берегу, кабели отправляются, обычно под землей, в какой-нибудь распределительный центр, откуда данные затем передаются на остальную часть страны.Места, где эти кабели выходят на берег и куда они подводятся, часто держатся в секрете из-за опасений терроризма или другого вандализма.

Из-за огромного количества отправляемых данных и требований к питанию оптоволоконных кабелей счета за электроэнергию в этих распределительных центрах могут достигать десятков тысяч в месяц. См. здесь увлекательную статью на эту тему из Великобритании.

Подводный кабель, выходящий на берег

Что делать, если подводные кабели повреждены и сломаны?

Поскольку в настоящее время эксплуатируется более 400 подводных кабелей, их повреждение является обычным явлением.В статье здесь сообщается, что где-то в мире обычно происходит около двух сбоев в неделю или 100 в год.

Наиболее распространенной причиной является то, что рыболовецкие суда непреднамеренно бросают якорь или тянут трал поверх кабеля, перерезая или повреждая его, волоча по дну океана. Землетрясения и подземные вулканы также могут повредить подводные кабели.

В этих случаях для поиска и ремонта поврежденного кабеля отправляется специальный корабль и экипаж. В отдаленных и/или глубоких частях океана это может быть кропотливой работой и часто требует дорогостоящего оборудования для извлечения оборванных или поврежденных кабелей и подъема их на поверхность для ремонта.

В глубоководных частях океана необходимо использовать специальные дистанционно управляемые аппараты (ROV), чтобы найти кабель с помощью камер и специальных крючков или захватов. В случаях, когда кабель разорван на две части, все отдельные волоконно-оптические жилы должны быть правильно соединены со своей второй половиной; непросто, когда эти пряди меньше толщины человеческого волоса!

 

При обрыве или неисправности кабеля пользователи Интернета могут быть затронуты или не затронуты. В настоящее время существует так много кабелей, что даже если один кабель оборвется, другой воспользуется провисанием, и вместо этого трафик будет проходить через них.

При наличии нескольких кабелей, ведущих к странам и континентам, особенно в развитых странах, трафик часто перенаправляется через альтернативные кабели, поэтому браузеры вряд ли заметят разницу в скорости их интернет-соединения.

Однако обрывы подводных кабелей могут иногда заметно влиять на пользователей Интернета в некоторых частях мира. В 2008 году скорость интернета в Индии и других странах резко упала, когда якорь корабля перерезал кабель в Средиземном море, что резко снизило скорость интернета в Индии, Египте, ОАЭ и других странах на несколько дней.

Аналогичный сбой также произошел в 2011 году, когда скорость интернета снизилась на Ближнем Востоке. Еще один обрыв кабеля у побережья Кении в 2012 году оставил несколько африканских стран без интернета.

Многонациональные компании в акции

Учитывая продолжающийся рост подводных интернет-кабелей, неудивительно, что транснациональные компании также вовлекаются в эту отрасль. Google, Facebook, Microsoft и Amazon теперь инвестируют в подводные кабели в разных частях мира.

Часто бывает так, что эти компании имеют дополнительную пропускную способность и выделенную службу для некоторых своих собственных служб, таких как Microsoft с ее различными службами, такими как Skype, Office365, Azure и Xbox Live.

Мы уже упоминали кабель FASTER стоимостью 300 миллионов долларов, в котором Google имеет долю и который соединяет Японию и США. Он был запущен в июне 2016 года и имеет пропускную способность 60 терабит в секунду. Google также инвестирует в кабель MONET протяженностью 11 000 км, который соединяет США с Бразилией с шестью парами волокон и пропускной способностью 64 Тбит/с.В эксплуатации с конца 2017 года.

Microsoft и Facebook частично профинансировали кабель MAREA протяженностью 4000 миль, который был запущен в начале 2018 года и соединяет Вирджинию на восточном побережье США с Бильбао в Испании с пропускной способностью 160 Тбит/с.

Amazon и Facebook также инвестируют в новый транстихоокеанский кабель JUPITER протяженностью 14 000 км, который соединит Японию и США и который должен быть завершен в начале 2020 года для подготовки к Олимпийским играм в Токио. Он также будет иметь пропускную способность 60 терабит в секунду и без проблем удовлетворит повышенные требования к VR и потоковой передаче видео 4K / 8K.

Нетрудно понять, почему крупные транснациональные корпорации хотят участвовать в строительстве подводных кабелей связи. Поскольку глобальные потребности в полосе пропускания продолжают расти, а новые технологии развиваются с каждым годом, для крупных глобальных компаний имеет смысл иметь свои собственные подводные кабели, чтобы у них были выделенные каналы, по которым они могут отправлять свои данные и услуги по всему миру и оставаться на вершине игры.

Подводные оптоволоконные кабели вокруг света — Подводные кабели TAT-14, SEA-ME-WE 5, MAREA и MONET

Кабель ТАТ-14 – из Северной Америки в Европу и обратно

Кабель Юго-Восточная Азия – Ближний Восток – Западная Европа (SEA-ME-WE-5) – огромный кабель протяженностью 20 000 километров

Кабель MAREA — кабель длиной 4000 миль, соединяющий Северную Америку с Бильбао в Испании

Кабель MONET — соединяет Северную Америку с Бразилией

Будущее подводных интернет-кабелей

Нет никаких признаков снижения спроса на данные во всем мире, поскольку новые устройства и технологии, требовательные к пропускной способности данных, продолжают появляться год за годом.Разрешение видео становится все выше и выше, и технология VR также является растущим рынком.

Помимо того, что все больше и больше устройств, таких как планшеты, iPhone, iPad, игровые приставки и другие гаджеты, подключаются к Интернету, требования к пропускной способности, как внутренние, так и международные, постоянно растут.

К счастью, прокладка новых подводных кабелей передачи данных не прекращается, чтобы удовлетворить возросший спрос. Всего за 12 лет с 2006 по 2018 год процент международного трафика, доставляемого по подводным кабелям, вырос с 1% до 99%, что свидетельствует о том, насколько быстро они выросли и вытеснили спутники как способ номер один для передачи данных между странами и континентами.

Инвестиции огромны, а логистика и техническое обслуживание сложны, но отдача еще больше благодаря молниеносной передаче данных в любую точку мира.

Кроме того, новые кабели, как правило, обеспечивают впечатляющую пропускную способность 60 терабит в секунду с потенциалом дальнейшего увеличения, которая должна быть в состоянии поглотить даже значительное увеличение спроса на полосу пропускания в ближайшие годы.